KR101687459B1 - 저전압 전력 효율적인 엔벨로프 추적기 - Google Patents

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Abstract

파워 서플라이를 효율적으로 발생시키기 위한 기법들이 설명된다. 하나의 설계에서, 장치는 엔벨로프 증폭기 및 부스트 컨버터를 포함한다. 부스트 컨버터는 제 1 서플라이 전압 (예를 들어, 배터리 전압) 보다 더 높은 전압을 갖는 부스팅된 서플라이 전압을 발생시킨다. 엔벨로프 증폭기는 엔벨로프 신호 및 부스팅된 서플라이 전압 (그리고 또한 가능하게는 제 1 서플라이 전압) 에 기초하여 제 2 서플라이 전압을 발생시킨다. 전력 증폭기는 제 2 서플라이 전압에 기초하여 동작한다. 다른 설계에서, 장치는 스위처, 엔벨로프 증폭기, 및 전력 증폭기를 포함한다. 스위처는 제 1 서플라이 전압을 수신하고 제 1 서플라이 전류를 제공한다. 엔벨로프 증폭기는 엔벨로프 신호에 기초하여 제 2 서플라이 전류를 제공한다. 전력 증폭기는 제 1 및 제 2 서플라이 전류들을 포함하는 총 서플라이 전류를 수신한다. 하나의 설계에서, 스위처는 제 2 서플라이 전류를 검출하고 오프셋을 부가하여 오프셋이 없는 것보다 더 큰 제 1 서플라이 전류를 발생시킨다.

Description

저전압 전력 효율적인 엔벨로프 추적기{LOW-VOLTAGE POWER-EFFICIENT ENVELOPE TRACKER}
본 개시물은 일반적으로 전자 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 증폭기 및/또는 다른 회로들을 위해 파워 서플라이를 발생시키기 위한 기법들에 관한 것이다.
통신 시스템에서, 송신기는 데이터를 프로세싱 (예를 들어, 인코딩 및 변조) 하여 출력 샘플들을 발생시킬 수도 있다. 송신기는 출력 샘플들을 추가로 컨디셔닝 (예를 들어, 아날로그로의 컨버팅, 필터링, 주파수 업컨버팅, 및 증폭) 하여 출력 무선 주파수 (RF) 신호를 발생시킬 수도 있다. 송신기는 그 후 출력 RF 신호를 통신 채널을 통해 수신기에 송신할 수도 있다. 수신기는 송신된 RF 신호를 수신하고 수신된 RF 신호에 대해 상보적 프로세싱을 수행하여 송신된 데이터를 복구할 수도 있다.
송신기는 통상 출력 RF 신호에 대해 높은 송신 전력을 제공하기 위해 전력 증폭기 (PA) 를 포함한다. 전력 증폭기는 높은 출력 전력을 제공하고 높은 전력 부가 효율 (power-added efficiency; PAE) 을 갖는 것이 가능해야 한다. 더욱이, 전력 증폭기는 낮은 배터리 전압에도 불구하고 양호한 성능 및 높은 PAE 를 갖도록 요구될 수도 있다.
전력 증폭기 및/또는 다른 회로들을 위해 파워 서플라이를 효율적으로 발생시키기 위한 기법들이 여기에 설명된다. 하나의 예시적인 설계에서, 장치 (예를 들어, 집적 회로, 무선 디바이스, 회로 모듈 등) 는 엔벨로프 (envelope) 증폭기 및 부스트 컨버터를 포함할 수도 있다. 부스트 컨버터는 제 1 서플라이 전압 (예를 들어, 배터리 전압) 을 수신하고 제 1 서플라이 전압보다 더 높은 전압을 갖는 부스팅된 서플라이 전압을 발생시킬 수도 있다. 엔벨로프 증폭기는 엔벨로프 신호 및 부스팅된 서플라이 전압을 수신할 수도 있고, 엔벨로프 신호 및 부스팅된 서플라이 전압에 기초하여 제 2 서플라이 전압을 발생시킬 수도 있다. 장치는 엔벨로프 증폭기로부터의 제 2 서플라이 전압에 기초하여 동작할 수도 있는 전력 증폭기를 더 포함할 수도 있다. 하나의 설계에서, 엔벨로프 증폭기는 제 1 서플라이 전압을 추가로 수신할 수도 있고, 제 1 서플라이 전압이나 또는 부스팅된 서플라이 전압 중 어느 하나에 기초하여 제 2 서플라이 전압을 발생시킬 수도 있다. 예를 들어, 엔벨로프 증폭기는, 엔벨로프 신호가 제 1 임계값을 초과하는 경우, 및/또는 제 1 서플라이 전압이 제 2 임계값보다 낮은 경우에 부스팅된 서플라이 전압에 기초하여, 또는 (ii) 그렇지 않다면 제 1 서플라이 전압에 기초하여 제 2 서플라이 전압을 발생시킬 수도 있다.
다른 예시적인 설계에서, 장치는 스위처, 엔벨로프 증폭기, 및 전력 증폭기를 포함할 수도 있다. 스위처는 제 1 서플라이 전압 (예를 들어, 배터리 전압) 을 수신하고 제 1 서플라이 전류를 제공할 수도 있다. 엔벨로프 증폭기는 엔벨로프 신호를 수신하고 엔벨로프 신호에 기초하여 제 2 서플라이 전류를 제공할 수도 있다. 전력 증폭기는 제 1 서플라이 전류 및 제 2 서플라이 전류를 포함하는 총 (total) 서플라이 전류를 수신할 수도 있다. 제 1 서플라이 전류는 직류 (DC) 및 낮은 주파수 성분들을 포함할 수도 있다. 제 2 서플라이 전류는 더 높은 주파수 성분들을 포함할 수도 있다. 장치는 제 1 서플라이 전압을 수신하고 부스팅된 서플라이 전압을 제공할 수도 있는 부스트 컨버터를 더 포함할 수도 있다. 엔벨로프 증폭기는 그 후 제 1 서플라이 전압이나 또는 부스팅된 서플라이 전압 중 어느 하나에 기초하여 동작할 수도 있다.
또 다른 예시적인 설계에서, 장치는 입력 전류를 감지하고 서플라이 전류를 제공하는 인덕터를 충전 및 방전하기 위한 스위칭 신호를 발생시킬 수도 있는 스위처를 포함할 수도 있다. 스위처는 입력 전류에 오프셋을 부가하여 그 오프셋이 없는 것보다 더 큰 서플라이 전류를 발생시킬 수도 있다. 장치는 상기 설명한 바와 같이 동작할 수도 있는 엔벨로프 증폭기, 부스트 컨버터, 및 전력 증폭기를 더 포함할 수도 있다.
본 개시물의 다양한 양태들 및 특징들이 이하 더 상세히 설명된다.
도 1 은 무선 통신 디바이스의 블록도를 도시한다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c 는 각각 배터리 전압, 평균 전력 추적기, 및 엔벨로프 추적기에 기초하여 전력 증폭기를 동작시키는 도면들을 도시한다.
도 3 은 스위처 및 엔벨로프 증폭기의 개략도를 도시한다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c 는 스위처 및 엔벨로프 증폭기에 대한 상이한 서플라이 전압들을 위한 PA 서플라이 전류 및 인덕터 전류 대 시간의 플롯들을 도시한다.
도 5 는 전류 감지 경로에서 오프셋을 가진 스위처의 개략도를 도시한다.
도 6 은 부스트 컨버터의 개략도를 도시한다.
단어 "예시적인" 은 여기서 "예, 경우 또는 예시로서 기능하는 것" 을 의미하는데 사용된다. 여기에 "예시적인" 것으로 설명된 임의의 설계가 반드시 다른 설계들에 비해 바람직하거나 또는 이로운 것으로 해석될 필요는 없다.
증폭기 및/또는 다른 회로들을 위해 파워 서플라이를 발생시키기 위한 기법들이 여기에 설명된다. 그 기법들은 전력 증폭기들, 드라이버 증폭기들 등과 같은 다양한 타입들의 증폭기들을 위해 이용될 수도 있다. 그 기법들은 또한 무선 통신 디바이스들, 셀룰러 폰들, 개인 휴대 정보 단말기 (PDA) 들, 핸드헬드 디바이스들, 무선 모뎀들, 랩톱 컴퓨터들, 코드리스 폰들, 블루투스 디바이스들, 소비자 전자 디바이스 (consumer electronic device) 들 등과 같은 다양한 전자 디바이스들을 위해 이용될 수도 있다. 명료함을 위해, 무선 통신 디바이스에서 전력 증폭기를 위해 파워 서플라이를 발생시키기 위한 기법들의 이용이 이하 설명된다.
도 1 은 무선 통신 디바이스 (100) 의 설계의 블록도를 도시한다. 명료함을 위해, 도 1 에는 무선 디바이스 (100) 의 송신기 부분만이 도시되며, 수신기 부분은 도시되지 않는다. 무선 디바이스 (100) 내에서, 데이터 프로세서 (110) 가 송신될 데이터를 수신하고, 그 데이터를 프로세싱 (예를 들어, 인코딩, 인터리빙, 및 심볼 맵핑) 하며, 데이터 심볼들을 제공할 수도 있다. 데이터 프로세서 (110) 는 또한 파일롯을 프로세싱하고 파일롯 심볼들을 제공할 수도 있다. 데이터 프로세서 (110) 는 또한 코드 분할 다중 액세스 (CDMA), 시분할 다중 액세스 (TDMA), 주파수 분할 다중 액세스 (FDMA), 직교 FDMA (OFDMA), 단일-캐리어 FDMA (SC-FDMA), 및/또는 일부 다른 멀티플렉싱 방식을 위해 데이터 심볼들 및 파일롯 심볼들을 프로세싱할 수도 있고 출력 심볼들을 제공할 수도 있다.
변조기 (112) 가 데이터 프로세서 (110) 로부터 출력 심볼들을 수신하고, 직교 변조, 극 변조 (polar modulation), 또는 일부 다른 타입의 변조를 수행하며, 출력 샘플들을 제공할 수도 있다. 변조기 (112) 는 또한 예를 들어, 각각의 출력 샘플의 매그니튜드를 컴퓨팅하고 출력 샘플들 전체에 걸쳐 매그니튜드를 평균화함으로써 출력 샘플들의 엔벨로프를 결정할 수도 있다. 변조기 (112) 는 출력 샘플들의 엔벨로프를 나타내는 엔벨로프 신호를 제공할 수도 있다.
RF 송신기 (120) 는 변조기 (112) 로부터의 출력 샘플들을 프로세싱 (예를 들어, 아날로그로의 컨버팅, 증폭, 필터링, 및 주파수 업컨버팅) 하고 입력 RF 신호 (RFin) 를 제공할 수도 있다. 전력 증폭기 (PA) (130) 는 입력 RF 신호를 증폭하여 원하는 출력 전력 레벨을 획득하고 출력 RF 신호 (RFout) 를 제공할 수도 있으며, 출력 RF 신호 (RFout) 는 안테나를 통해 송신될 수도 있다 (도 1 에는 미도시). RF 송신기 (120) 는 또한 엔벨로프 신호를 발생시키기 위해 변조기 (112) 를 이용하는 대신에, 엔벨로프 신호를 발생시키기 위한 회로들을 포함할 수도 있다.
PA 서플라이 발생기 (150) 가 변조기 (112) 로부터 엔벨로프 신호를 수신할 수도 있고, 전력 증폭기 (130) 를 위해 파워 서플라이 전압 (Vpa) 을 발생시킬 수도 있다. PA 서플라이 발생기 (150) 는 또한 엔벨로프 추적기 (envelope tracker) 로 지칭될 수도 있다. 도 1 에 도시된 설계에서, PA 서플라이 발생기 (150) 는 스위처 (160), 엔벨로프 증폭기 (Env Amp) (170), 부스트 컨버터 (180), 및 인덕터 (162) 를 포함한다. 스위처 (160) 는 또한 스위칭-모드 파워 서플라이 (switching-mode power supply; SMPS) 로 지칭될 수도 있다. 스위처 (160) 는 배터리 전압 (Vbat) 을 수신하고 노드 A 에서의 DC 및 낮은 주파수 성분들을 포함하는 제 1 서플라이 전류 (Iind) 를 제공한다. 인덕터 (162) 는 스위처 (160) 로부터의 전류를 저장하고 저장된 전류를 교번하는 사이클들 시에 노드 A 에 제공한다. 부스트 컨버터 (180) 는 Vbat 전압을 수신하고 Vbat 전압보다 더 높은 부스팅된 서플라이 전압 (Vboost) 을 발생시킨다. 엔벨로프 증폭기 (170) 는 그 신호 입력에서 엔벨로프 신호를 수신하고, 그 2 개의 파워 서플라이 입력들에서 Vbat 전압 및 Vboost 전압을 수신하며, 노드 A 에서의 높은 주파수 성분들을 포함하는 제 2 서플라이 전류 (Ienv) 를 제공한다. 전력 증폭기 (130) 에 제공된 PA 서플라이 전류 (Ipa) 는 스위처 (160) 로부터의 Iind 전류 및 엔벨로프 증폭기 (170) 로부터의 Ienv 전류를 포함한다. 엔벨로프 증폭기 (170) 는 또한 전력 증폭기 (130) 를 위해 노드 A 에서의 적절한 PA 서플라이 전압 (Vpa) 을 제공한다. PA 서플라이 발생기 (150) 내의 다양한 회로들이 이하 더 상세히 설명된다.
제어기 (140) 가 무선 디바이스 (100) 내의 다양한 유닛들의 동작을 제어할 수도 있다. 메모리 (142) 가 제어기 (140) 및/또는 무선 디바이스 (100) 내의 다른 유닛들에 대한 프로그램 코드들 및 데이터를 저장할 수도 있다. 데이터 프로세서 (110), 변조기 (112), 제어기 (140), 및 메모리 (142) 는 하나 이상의 주문형 집적 회로 (ASIC) 들 및/또는 다른 IC들 상에 구현될 수도 있다.
도 1 은 무선 디바이스 (100) 의 일 예시적인 설계를 도시한다. 무선 디바이스 (100) 는 또한 다른 방식들로 구현될 수도 있고 도 1 에 도시된 것들과는 상이한 회로들을 포함할 수도 있다. RF 송신기 (120), 전력 증폭기 (130), 및 PA 서플라이 발생기 (150) 의 전부 또는 일 부분은 하나 이상의 아날로그 집적 회로 (IC) 들, RF IC (RFIC) 들, 혼합-신호 (mixed-signal) IC들 등 상에 구현될 수도 있다.
전력 소비를 감소시키고, 배터리 수명을 연장시키며, 및/또는 다른 이점들을 획득하기 위하여 낮은 배터리 전압으로 무선 디바이스 (100) 를 동작시키는 것이 바람직할 수도 있다. 새로운 배터리 기술은 가까운 장래에 2.5 볼트 (V) 이하까지 내려간 에너지를 제공하는 것이 가능할 수도 있다. 그러나, 전력 증폭기는 그 배터리 전압보다 더 높은 PA 서플라이 전압 (예를 들어, 3.2V) 으로 동작해야 할 수도 있다. 부스트 컨버터가 더 높은 PA 서플라이 전압을 발생시키기 위해 배터리 전압을 부스팅하는데 이용될 수도 있다. 그러나, PA 서플라이 전압을 직접 공급하기 위한 부스트 컨버터의 이용은 비용 및 전력 소비를 증가시킬 수도 있으며, 이들 모두는 바람직하지 않다.
PA 서플라이 발생기 (150) 는 PA 서플라이 전압을 직접 제공하기 위해 부스트 컨버터를 이용하는 단점들을 회피하기 위해 엔벨로프 추적으로 PA 서플라이 전압을 효율적으로 발생시킬 수 있다. 스위처 (160) 는 전력 증폭기 (130) 에 대해 전력의 대부분을 제공할 수도 있고 배터리 전압에 직접 접속될 수도 있다. 부스트 컨버터 (180) 는 단지 엔벨로프 증폭기 (170) 에만 전력을 제공할 수도 있다. PA 서플라이 발생기 (150) 는 전력 증폭기 (130) 에 제공된 RFin 신호의 엔벨로프를 추적하도록 PA 서플라이 전압을 발생시킬 수 있어, 단지 적절한 양의 PA 서플라이 전압만이 전력 증폭기 (130) 에 공급된다.
도 2a 는 전력 증폭기 (210) 를 위해 배터리 전압을 이용하는 도면을 도시한다. (RFin 신호를 뒤따르는) RFout 신호는 시변 (time-varying) 엔벨로프를 갖고 플롯 (250) 에 의해 도시된다. 배터리 전압은 플롯 (260) 에 의해 도시되며, 전력 증폭기 (210) 로부터의 RFout 신호의 클립핑 (clipping) 을 회피하기 위하여 엔벨로프의 가장 큰 진폭보다 더 높다. 배터리 전압과 RFout 신호의 엔벨로프 간의 차이는 출력 로드에 전달되는 대신에 전력 증폭기 (210) 에 의해 소실되는 낭비된 전력을 나타낸다.
도 2b 는 평균 전력 추적기 (average power tracker; APT) (220) 로 전력 증폭기 (210) 를 위해 PA 서플라이 전압 (Vpa) 을 발생시키는 도면을 도시한다. APT (220) 는 각각의 시간 간격에서 RFout 신호의 엔벨로프의 가장 큰 진폭을 나타내는 전력 제어 신호를 수신한다. APT (220) 는 전력 제어 신호에 기초하여 전력 증폭기 (210) 를 위해 PA 서플라이 전압 (플롯 (270) 에 의해 도시됨) 을 발생시킨다. PA 서플라이 전압과 RFout 신호의 엔벨로프 간의 차이는 낭비된 전력을 나타낸다. APT (220) 는 그것이 각각의 시간 간격에서 엔벨로프의 가장 큰 진폭을 추적하도록 PA 서플라이 전압을 발생시킬 수 있기 때문에 낭비된 전력을 감소시킬 수 있다.
도 2c 는 엔벨로프 추적기 (230) 로 전력 증폭기 (210) 를 위해 PA 서플라이 전압을 발생시키는 도면을 도시한다. 엔벨로프 추적기 (230) 는 RFout 신호의 엔벨로프를 나타내는 엔벨로프 신호를 수신하고 엔벨로프 신호에 기초하여 전력 증폭기 (210) 를 위해 PA 서플라이 전압 (플롯 (280) 에 의해 도시됨) 을 발생시킨다. PA 서플라이 전압은 시간의 경과에 따라 RFout 신호의 엔벨로프를 밀접하게 추적한다. 따라서, PA 서플라이 전압과 RFout 신호의 엔벨로프 간의 차이는 작으며, 이는 덜 낭비된 전력을 초래한다. 전력 증폭기는 PA 효율을 최대화하기 위하여 모든 엔벨로프 진폭들에 대해 포화 상태에서 동작된다.
도 1 의 PA 서플라이 발생기 (150) 는 높은 효율을 가진 도 2c 의 엔벨로프 추적기 (230) 를 구현할 수 있다. 이것은 (i) 스위치 모드 파워 서플라이로 제 1 서플라이 전류 (Iind) 를 발생시키기 위한 효율적인 스위처 (160) 와 (ii) 제 2 서플라이 전류 (Ienv) 를 발생시키기 위한 선형 엔벨로프 증폭기 (170) 의 조합에 의해 달성된다.
도 3 은 도 1 에서의 각각 스위처 (160) 및 엔벨로프 증폭기 (170) 의 하나의 설계인 스위처 (160a) 및 엔벨로프 증폭기 (170a) 의 개략도를 도시한다. 엔벨로프 증폭기 (170a) 내에서, 연산 증폭기 (op-amp) (310) 가 엔벨로프 신호를 수신하는 비-반전 입력, 엔벨로프 증폭기 (170a) 의 출력 (노드 E) 에 커플링된 반전 입력, 및 클래스 AB 드라이버 (312) 의 입력에 커플된 출력을 갖는다. 드라이버 (312) 는 P-채널 금속 산화물 반도체 (PMOS) 트랜지스터 (314) 의 게이트에 커플링된 제 1 출력 (R1) 및 N-채널 MOS (NMOS) 트랜지스터 (316) 의 게이트에 커플링된 제 2 출력 (R2) 을 갖는다. NMOS 트랜지스터 (316) 는 노드 E 에 커플링된 드레인 및 회로 그라운드에 커플링된 소스를 갖는다. PMOS 트랜지스터 (314) 는 노드 E 에 커플링된 드레인 및 PMOS 트랜지스터들 (318 및 320) 의 드레인들에 커플링된 소스를 갖는다. PMOS 트랜지스터 (318) 는 C1 제어 신호를 수신하는 게이트 및 Vboost 전압을 수신하는 소스를 갖는다. PMOS 트랜지스터 (320) 는 C2 제어 신호를 수신하는 게이트 및 Vbat 전압을 수신하는 소스를 갖는다.
전류 센서 (164) 가 노드 E 와 노드 A 사이에 커플링되고 엔벨로프 증폭기 (170a) 에 의해 제공된 Ienv 전류를 감지한다. 센서 (164) 는 Ienv 전류의 대부분을 노드 A 에 전달하고 작은 감지된 전류 (Isen) 를 스위처 (160a) 에 제공한다. Isen 전류는 엔벨로프 증폭기 (170a) 로부터의 Ienv 전류의 소부분 (small fraction) 이다.
스위처 (160a) 내에서, 전류 감지 증폭기 (330) 가 전류 센서 (164) 에 커플링된 입력 및 스위처 드라이버 (332) 의 입력에 커플링된 출력을 갖는다. 드라이버 (332) 는 PMOS 트랜지스터 (334) 의 게이트에 커플링된 제 1 출력 (S1) 및 NMOS 트랜지스터 (336) 의 게이트에 커플링된 제 2 출력 (S2) 을 갖는다. NMOS 트랜지스터 (336) 는 스위처 (160a) 의 출력 (노드 B 임) 에 커플링된 드레인 및 회로 그라운드에 커플링된 소스를 갖는다. PMOS 트랜지스터 (334) 는 노드 B 에 커플링된 드레인 및 Vbat 전압을 수신하는 소스를 갖는다. 인덕터 (162) 는 노드 A 와 노드 B 사이에 커플링된다.
스위처 (160a) 는 다음과 같이 동작한다. 스위처 (160a) 는, 전류 센서 (164) 가 엔벨로프 증폭기 (170a) 로부터 높은 출력 전류를 감지하고 낮은 감지된 전압을 드라이버 (332) 에 제공할 때 온 (On) 상태에 있다. 드라이버 (332) 는 그 후 낮은 전압을 PMOS 트래지스터 (334) 의 게이트에 제공하고 낮은 전압을 NMOS 트랜지스터 (336) 의 게이트에 제공한다. PMOS 트랜지스터 (334) 는 턴 온되고 Vbat 전압을 인덕터 (162) 에 커플링하며, 인덕터 (162) 는 Vbat 전압으로부터의 에너지를 저장한다. 인덕터 (162) 를 통과한 전류는 온 상태 동안 상승하며, 그 상승률은 (i) Vbat 전압과 노드 A 에서의 Vpa 전압 간의 차이 및 (ii) 인덕터 (162) 의 인덕턴스에 의존한다. 반대로, 스위처 (160a) 는, 전류 센서 (164) 가 엔벨로프 증폭기 (170a) 로부터 낮은 출력 전류를 감지하고 높은 감지된 전압을 드라이버 (332) 에 제공할 때 오프 (Off) 상태에 있다. 드라이버 (332) 는 그 후 높은 전압을 PMOS 트랜지스터 (334) 의 게이트에 제공하고 높은 전압을 NMOS 트랜지스터 (336) 의 게이트에 제공한다. NMOS 트랜지스터 (336) 는 턴 온되고, 인덕터 (162) 는 노드 A 와 회로 그라운드 사이에 커플링된다. 인덕터 (162) 를 통과한 전류는 오프 상태 동안 하락하고, 그 하락률은 노드 A 에서의 Vpa 전압 및 인덕터 (162) 의 인덕턴스에 의존한다. Vbat 전압은 그 후 온 상태 동안 전류를 인덕터 (162) 를 통해 전력 증폭기 (130) 에 제공하고, 인덕터 (120) 는 오프 상태 동안 그 저장된 에너지를 전력 증폭기 (130) 에 제공한다.
하나의 설계에서, 엔벨로프 증폭기 (170a) 는 단지 필요할 때만 Vboost 전압에 기초하여 동작하고, 나머지 시간에는 Vbat 전압에 기초하여 동작하여 효율을 개선시킨다. 예를 들어, 엔벨로프 증폭기 (170a) 는 Vbat 전압에 기초하여 전력의 대략 85% 를 제공하고 Vboost 전압에 기초하여 단지 전력의 대략 15% 만을 제공할 수도 있다. RFout 신호에 대한 큰 엔벨로프로 인해 전력 증폭기 (130) 가 높은 Vpa 전압을 필요로 하는 경우, C1 제어 신호는 로직에서 낮고, C2 제어 신호는 로직에서 높다. 이 경우에, 부스트 컨버터 (180) 가 인에이블되고 Vboost 전압을 발생시키고, PMOS 트랜지스터 (318) 가 턴 온되고 Vboost 전압을 PMOS 트랜지스터 (314) 의 소스에 제공하며, PMOS 트랜지스터 (320) 가 턴 오프된다. 반대로, 전력 증폭기 (130) 가 높은 Vpa 전압을 필요로 하지 않는 경우, C1 제어 신호는 로직에서 높고, C2 제어 신호는 로직에서 낮다. 이 경우, 부스트 컨버터 (180) 가 디스에이블되고, PMOS 트랜지스터 (318) 가 턴 오프되며, PMOS 트랜지스터 (320) 가 턴 온되고 Vbat 전압을 PMOS 트랜지스터 (314) 의 소스에 제공한다.
엔벨로프 증폭기 (170a) 는 다음과 같이 동작한다. 엔벨로프 신호가 증가하는 경우, NMOS 트랜지스터 (316) 가 거의 턴 오프되고, 엔벨로프 증폭기 (170a) 의 출력이 증가할 때까지 op-amp (310) 의 출력은 증가하고, 드라이버 (312) 의 R1 출력은 감소하며, 드라이버 (312) 의 R2 출력은 감소한다. 엔벨로프 신호가 감소하는 경우에는 그 역에 해당한다. 엔벨로프 증폭기 (170a) 의 출력으로부터 op-amp (310) 의 반전 입력으로의 네거티브 피드백은 단위 이득 (unity gain) 을 갖는 엔벨로프 증폭기 (170a) 를 초래한다. 따라서, 엔벨로프 증폭기 (170a) 의 출력은 엔벨로프 신호를 뒤따르며, Vpa 전압은 엔벨로프 신호와 대략 동일하다. 드라이버 (312) 는 효율을 개선시키기 위해 클래스 AB 증폭기로 구현될 수도 있어, 트랜지스터들 (314 및 316) 의 바이어스 전류가 매우 낮지만 큰 출력 전류가 공급될 수 있다.
제어 신호 발생기 (190) 는 엔벨로프 신호 및 Vbat 전압을 수신하고 C1 제어 신호 및 C2 제어 신호를 발생시킨다. C1 제어 신호는 C2 제어 신호에 대해 상보적이다. 하나의 설계에서, 발생기 (190) 는 엔벨로프 신호의 매그니튜드가 제 1 임계값을 초과할 때 엔벨로프 증폭기 (170) 에 대한 Vboost 전압을 선택하기 위해 C1 제어 신호 및 C2 제어 신호를 발생시킨다. 제 1 임계값은 고정된 임계값일 수도 있고, 또는 Vbat 전압에 기초하여 결정될 수도 있다. 다른 설계에서, 발생기 (190) 는 엔벨로프 신호의 매그니튜드가 제 1 임계값을 초과하고 Vbat 전압이 제 2 임계값보다 낮을 때 엔벨로프 증폭기 (170) 에 대한 Vboost 전압을 선택하기 위해 C1 제어 신호 및 C2 제어 신호를 발생시킨다. 발생기 (190) 는 또한 다른 신호들, 다른 전압들, 및/또는 다른 기준에 기초하여 C1 제어 신호 및 C2 제어 신호를 발생시킬 수도 있다.
도 3 은 도 1 의 스위처 (160) 및 엔벨로프 증폭기 (170) 의 일 예시적인 설계를 도시한다. 스위처 (160) 및 엔벨로프 증폭기 (170) 는 또한 다른 방식들로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 엔벨로프 증폭기 (170) 는 2001년 10월 9일자로 이슈된 발명의 명칭이 "Apparatus and Method for Efficiently Amplifying Wideband Envelope Signals" 인 미국 특허 제6,300,826호에 기재되어 있는 바와 같이 구현될 수도 있다.
스위처 (160a) 는 고효율을 갖고 전력 증폭기 (130) 를 위해 대부분의 서플라이 전류를 전달한다. 엔벨로프 증폭기 (170a) 는 선형 스테이지로서 동작하고 비교적 높은 대역폭 (예를 들어, MHz 범위) 을 갖는다. 스위처 (160a) 는 엔벨로프 증폭기 (170a) 로부터의 출력 전류를 감소시키도록 동작하며, 이는 전체 효율을 개선시킨다.
낮은 배터리 전압 (예를 들어, 2.5V 보다 낮음) 으로 무선 디바이스 (100) 의 동작을 지원하는 것이 바람직할 수도 있다. 이것은 Vbat 전압에 기초하여 스위처 (160) 를 동작시키고 더 높은 Vboost 전압에 기초하여 엔벨로프 증폭기 (170) 를 동작시킴으로써 달성될 수도 있다. 그러나, 효율은 도 3 에 도시하고 상기 설명한 바와 같이, 큰 진폭 엔벨로프를 필요로 할 때에만 Vboost 전압에 기초하여, 그리고 나머지 시간에는 Vbat 전압에 기초하여 엔벨로프 증폭기 (170) 를 동작시킴으로써 개선될 수도 있다.
도 4a 는 스위처 (160a) 가 3.7V 의 서플라이 전압 (Vsw) 을 갖고 엔벨로프 증폭기 (170a) 가 3.7V 의 서플라이 전압 (Venv) 을 갖는 경우에 PA 서플라이 전류 (Ipa) 및 인덕터 (162) 로부터의 인덕터 전류 (Iind) 대 시간의 일 예의 플롯들을 도시한다. Iind 전류는 인덕터 (162) 를 통과한 전류이고 플롯 (410) 에 의해 도시된다. Ipa 전류는 전력 증폭기 (130) 에 제공된 전류이고 플롯 (420) 에 의해 도시된다. Ipa 전류는 Iind 전류는 물론 엔벨로프 증폭기 (170a) 로부터의 Ienv 전류를 포함한다. 엔벨로프 증폭기 (170a) 는 Ipa 전류가 Iind 전류보다 더 높을 때마다 출력 전류를 제공한다. 스위처 (160a) 및 엔벨로프 증폭기 (170a) 의 효율은 하나의 예시적인 설계에서 대략 80% 이다.
도 4b 는 스위처 (160a) 가 2.3V 의 서플라이 전압을 갖고 엔벨로프 증폭기 (170a) 가 3.7V 의 서플라이 전압을 갖는 경우에 PA 서플라이 전류 (Ipa) 및 인덕터 전류 (Iind) 대 시간의 플롯들을 도시한다. Iind 전류는 플롯 (412) 에 의해 도시되고, Ipa 전류는 플롯 (420) 에 의해 도시된다. 스위처 (160a) 의 서플라이 전압이 2.3V 로 감소되는 경우, 인덕터 (162) 는 더 느리게 충전하며, 이는 스위처 (160a) 의 서플라이 전압이 도 4a 에서 3.7V 에 있는 경우와 비교하여 더 낮은 평균 Iind 전류를 초래한다. 더 낮은 Iind 전류는 엔벨로프 증폭기 (170a) 로 하여금 Ipa 전류를 좀 더 제공하게 한다. 이것은 엔벨로프 증폭기 (170a) 가 스위처 (160a) 보다 덜 효율적이기 때문에 하나의 예시적인 설계에서 전체 효율을 대략 65% 로 감소시킨다. 효율의 하락은 스위처로부터의 Iind 전류를 증가시킴으로써 개선될 수도 있다.
도 5 는 도 1 의 스위처 (160) 의 다른 설계인 스위처 (160b) 의 개략도를 도시한다. 스위처 (160b) 는 도 3 의 스위처 (160a) 에 대해 상기 설명한 바와 같이 커플링되는, 전류 감지 증폭기 (330), 드라이버 (332), 및 MOS 트랜지스터들 (334 및 336) 을 포함한다. 스위처 (160b) 는 전류 센서 (164) 에 커플링된 제 1 입력, 오프셋 (예를 들어, 오프셋 전류) 를 수신하는 제 2 입력, 및 전류 감지 증폭기 (330) 의 입력에 커플링된 출력을 갖는 전류 합산기 (328) 를 더 포함한다. 합산기 (328) 는 합산 회로 (예를 들어, 증폭기), 합산 노드 등으로 구현될 수도 있다.
스위처 (160b) 는 다음과 같이 동작한다. 합산기 (328) 는 전류 센서 (164) 로부터 Isen 전류를 수신하고, 오프셋 전류를 부가하며, 오프셋 전류만큼 Isen 전류보다 더 낮은 합산된 전류를 제공한다. 스위처 (160b) 내의 나머지 회로들은 도 3 의 스위처 (160a) 에 대해 상기 설명한 바와 같이 동작한다. 합산기 (328) 는 전류 감지 증폭기 (330) 에 제공된 Isen 전류를 의도적으로 감소시켜, 스위처 (160) 가 더 긴 시간 주기 동안 턴 온되고 전력 증폭기 (130) 에 제공된 Ipa 전류의 일부인 더 큰 Iind 전류를 제공할 수 있다. 합산기 (328) 에 제공된 오프셋은, 도 3 의 스위처 (160a) 에 의해 제공된 Iind 전류에 대하여 Iind 전류가 스위처 (160b) 에 의해 증가되는 양을 결정한다.
일반적으로, 오프셋이 없는 것보다 점차로 더 큰 인덕터 전류를 발생시키기 위해 점차로 더 큰 오프셋이 이용될 수도 있다. 하나의 설계에서, 오프셋은 양호한 성능, 예를 들어, 양호한 효율을 제공하기 위해 선택된 고정된 값일 수도 있다. 다른 설계에서, 오프셋은 배터리 전압에 기초하여 결정될 수도 있다. 예를 들어, 점차로 더 큰 오프셋은 점차로 더 낮은 배터리 전압을 위해 이용될 수도 있다. 오프셋은 또한 엔벨로프 신호 및/또는 다른 정보에 기초하여 결정될 수도 있다.
인덕터 전류를 증가시키기 위한 오프셋이 도 5 에 도시한 바와 같이 합산기 (328) 를 통해 부가될 수도 있다. 오프셋은 또한 임의의 적합한 메커니즘을 통해 전류 감지 증폭기로부터의 출력 신호의 펄스 폭을 증가시킴으로써 부가될 수도 있다.
도 4c 는 도 5 의 스위처 (160b) 가 2.3V 의 서플라이 전압을 갖고 엔벨로프 증폭기 (170a) 가 3.7V 의 서플라이 전압을 갖는 경우에 PA 서플라이 전류 (Ipa) 및 인덕터 전류 (Iind) 대 시간의 플롯들을 도시한다. Iind 전류는 플롯 (414) 에 의해 도시되며, Ipa 전류는 플롯 (420) 에 의해 도시된다. 스위처 (160b) 의 서플라이 전압이 2.3V 로 감소되는 경우, 인덕터 (162) 는 더 느리게 충전하며, 이는 도 4b 에 도시한 바와 같이 더 낮은 Iind 전류를 초래한다. 도 5 의 합산기 (328) 에 의해 부가된 오프셋은 전류 감지 증폭기 (330) 에 제공된 감지된 전류를 감소시키며, 스위처 (160b) 가 더 길게 턴 온되게 한다. 따라서, 도 5 의 오프셋을 가진 스위처 (160b) 는 도 3 의 오프셋이 없는 스위처 (160a) 보다 더 높은 Iind 전류를 제공할 수 있다. 스위처 (160b) 및 엔벨로프 증폭기 (170a) 에 대한 전체 효율은 하나의 예시적인 설계에서 대략 78% 로 개선된다.
도 6 은 도 1, 도 3 및 도 5 의 부스트 컨버터 (180) 의 설계의 개략도를 도시한다. 부스트 컨버터 (180) 내에서, 인덕터 (612) 가 Vbat 전압을 수신하는 일단 및 노드 D 에 커플링된 타단을 갖는다. NMOS 트랜지스터 (614) 는 회로 그라운드에 커플링된 소스, Cb 제어 신호를 수신하는 게이트, 및 노드 D 에 커플링된 드레인을 갖는다. 다이오드 (616) 는 노드 D 에 커플링된 애노드 및 부스트 컨버터 (180) 의 출력에 커플링된 캐소드를 갖는다. 커패시터 (618) 는 회로 그라운드에 커플링된 일단 및 부스트 컨버터 (180) 의 출력에 커플링된 타단을 갖는다.
부스트 컨버터 (180) 는 다음과 같이 동작한다. 온 상태에서, NMOS 트랜지스터 (614) 는 클로즈되고, 인덕터 (612) 는 Vbat 전압과 회로 그라운드 사이에 커플링되며, 인덕터 (612) 를 경유한 전류는 증가한다. 오프 상태에서, NMOS 트랜지스터 (614) 는 오픈되고, 인덕터 (612) 로부터의 전류는 다이오드 (616) 를 통하여 커패시터 (618) 및 부스트 컨버터 (180) 의 출력에서의 로드 (도 6 에는 미도시) 로 흐른다. Vboost 전압은 다음과 같이 표현될 수도 있으며 :
Figure 112014006617054-pct00001
여기서 Duty_Cycle 은 NMOS 트랜지스터 (614) 가 턴 온되는 듀티 사이클이다. 듀티 사이클은 원하는 Vboost 전압을 획득하고 부스트 컨버터 (180) 의 적절한 동작을 보장하기 위해 선택될 수도 있다.
여기에 설명된 기법들은 엔벨로프 추적기가 더 낮은 배터리 전압 (예를 들어, 2.5V 이하) 에서 동작할 수 있게 한다. 엔벨로프 추적기는 도 1 에 도시된 설계의 경우 스위처 (160) 및 엔벨로프 증폭기 (170) 를 포함한다. 더 낮은 배터리 전압으로 동작을 지원하는 하나의 설계에서, 도 3 에 도시한 바와 같이, 스위처 (160) 는 Vbat 전압에 접속되고 엔벨로프 증폭기 (170) 는 Vbat 전압이나 또는 Vboost 전압 중 어느 하나에 접속된다. 스위처 (160) 는 대부분의 시간에 전력을 제공하고, 엔벨로프 증폭기 (170) 는 RFout 신호의 엔벨로프의 피크들 동안 전력을 제공한다. 엔벨로프 추적기의 전체 효율은 단지 엔벨로프 증폭기 (170) 가 전력을 제공하는 시간 동안에만 부스트 컨버터 (180) 의 효율 (대략 85% 일 수도 있다) 만큼 감소된다.
더 낮은 배터리 전압으로 동작을 지원하는 다른 설계에서, 전체 엔벨로프 추적기는 부스트 컨버터 (180) 로부터의 Vboost 전압에 기초하여 동작된다. 이 설계에서, 부스트 컨버터 (180) 는 전력 증폭기 (130) 에 의해 요구되는 높은 전류 (1 암페어보다 더 클 수도 있다) 를 제공하고, 효율은 부스트 컨버터 (180) 의 효율 (대략 85% 일 수도 있다) 만큼 감소된다.
더 낮은 배터리 전압으로 동작을 지원하는 또 다른 설계에서, 전계 효과 트랜지스터 (field effect transistor; FET) 스위치는, 엔벨로프 추적기를, (i) Vbat 전압이 Vthresh 보다 더 클 때 Vbat 전압에 접속하거나, 또는 (ii) Vbat 전압이 Vthresh 전압보다 더 작을 때 Vboost 전압에 접속하는데 이용된다. 효율은 그 후 FET 스위치의 손실들만큼 감소될 것이다. 그러나, 더 나은 효율이 더 낮은 입력 전압으로 인해 엔벨로프 증폭기 (170) 를 위해 획득될 수도 있다.
하나의 예시적인 설계에서, 장치 (예를 들어, 집적 회로, 무선 디바이스, 회로 모듈 등) 는 예를 들어, 도 1 및 도 3 에 도시한 바와 같이, 엔벨로프 증폭기 및 부스트 컨버터를 포함할 수도 있다. 부스트 컨버터는 제 1 서플라이 전압을 수신하고 제 1 서플라이 전압보다 더 높은 전압을 갖는 부스팅된 서플라이 전압을 발생시킬 수도 있다. 제 1 서플라이 전압은 배터리 전압, 라인-인 (line-in) 전압, 또는 장치에 이용가능한 일부 다른 전압일 수도 있다. 엔벨로프 증폭기는 엔벨로프 신호 및 부스팅된 서프라이 전압을 수신할 수도 있고, 엔벨로프 신호 및 부스팅된 서플라이 전압에 기초하여 제 2 서플라이 전압 (예를 들어, 도 3 의 Vpa 전압) 을 발생시킬 수도 있다. 장치는 엔벨로프 증폭기로부터의 제 2 서플라이 전압에 기초하여 동작할 수도 있는 전력 증폭기를 더 포함할 수도 있다. 전력 증폭기는 입력 RF 신호를 수신 및 증폭하고 출력 RF 신호를 제공할 수도 있다.
하나의 설계에서, 엔벨로프 증폭기는 제 1 서플라이 전압을 추가로 수신할 수도 있고, 제 1 서플라이 전압 또는 부스팅된 서플라이 전압에 기초하여 제 2 서플라이 전압을 발생시킬 수도 있다. 예를 들어, 엔벨로프 증폭기는 (i) 엔벨로프 신호가 제 1 임계값을 초과한다면, 또는 제 1 서플라이 전압이 제 2 임계값보다 낮다면, 또는 양자의 경우에 부스팅된 서플라이 전압에 기초하여, 또는 (ii) 그렇지 않다면 제 1 서플라이 전압에 기초하여 제 2 서플라이 전압을 발생시킬 수도 있다.
하나의 설계에서, 엔벨로프 증폭기는 op-amp, 드라이버, PMOS 트랜지스터, 및 NMOS 트랜지스터, 예를 들어, 도 3 의 op-amp (310), 드라이버 (312), PMOS 트랜지스터 (314), 및 NMOS 트랜지스터 (316) 를 포함할 수도 있다. op-amp 는 엔벨로프 신호를 수신하고 증폭된 신호를 제공할 수도 있다. 드라이버는 증폭된 신호를 수신하고 제 1 제어 신호 (R1) 및 제 2 제어 신호 (R2) 를 제공할 수도 있다. PMOS 트랜지스터는 제 1 제어 신호를 수신하는 게이트, 부스팅된 서플라이 전압 또는 제 1 서플라이 전압을 수신하는 소스, 및 제 2 서플라이 전압을 제공하는 드레인을 가질 수도 있다. NMOS 트랜지스터는 제 2 제어 신호를 수신하는 게이트, 제 2 서플라이 전압을 제공하는 드레인, 및 회로 그라운드에 커플링된 소스를 가질 수도 있다. 엔벨로프 증폭기는 제 2 및 제 3 PMOS 트랜지스터들 (예를 들어, PMOS 트랜지스터들 (318 및 320)) 을 더 포함할 수도 있다. 제 2 PMOS 트랜지스터는 제 3 제어 신호 (C1) 를 수신하는 게이트, 부스팅된 서플라이 전압을 수신하는 소스, 및 PMOS 트랜지스터의 소스에 커플링된 드레인을 가질 수도 있다. 제 3 PMOS 트랜지스터는 제 4 제어 신호 (C2) 를 수신하는 게이트, 제 1 서플라이 전압을 수신하는 소스, 및 PMOS 트랜지스터의 소스에 커플링된 드레인을 가질 수도 있다.
다른 예시적인 설계에서, 장치 (예를 들어, 집적 회로, 무선 디바이스, 회로 모듈 등) 는 예를 들어, 도 1 및 도 3 에 도시한 바와 같이, 스위처, 엔벨로프 증폭기, 및 전력 증폭기를 포함할 수도 있다. 스위처는 제 1 서플라이 전압 (예를 들어, 배터리 전압) 을 수신하고 제 1 서플라이 전류 (예를 들어, 도 3 의 Iind 전류) 를 제공할 수도 있다. 엔벨로프 증폭기는 엔벨로프 신호를 수신하고 엔벨로프 신호에 기초하여 제 2 서플라이 전류 (예를 들어, Ienv 전류) 를 제공할 수도 있다. 전력 증폭기는 제 1 서플라이 전류 및 제 2 서플라이 전류를 포함하는 총 서플라이 전류 (예를 들어, Ipa 전류) 를 수신할 수도 있다. 제 1 서플라이 전류는 DC 및 낮은 주파수 성분들을 포함할 수도 있다. 제 2 서플라이 전류는 더 높은 주파수 성분들을 포함할 수도 있다. 장치는 부스트 컨버터를 더 포함할 수도 있으며, 부스트 컨버터는 제 1 서플라이 전압을 수신하고 제 1 서플라이 전압보다 더 높은 전압을 갖는 부스팅된 서플라이 전압을 제공할 수도 있다. 엔벨로프 증폭기는 제 1 서플라이 전압 또는 부스팅된 서플라이 전압에 기초하여 동작할 수도 있다.
하나의 설계에서, 스위처는 전류 감지 증폭기, 드라이버, PMOS 트랜지스터, 및 NMOS 트랜지스터, 예를 들어, 도 3 의 전류 감지 증폭기 (330), 드라이버 (332), PMOS 트랜지스터 (334), 및 NMOS 트랜지스터 (336) 를 포함할 수도 있다. 전류 감지 증폭기는 제 1 서플라이 전류, 또는 제 2 서플라이 전류 (예를 들어, 도 3 에 도시한 바와 같음), 또는 총 서플라이 전류를 감지할 수도 있고 감지된 신호를 제공할 수도 있다. 드라이버는 감지된 신호를 수신하고 제 1 제어 신호 (S1) 및 제 2 제어 신호 (S2) 를 제공할 수도 있다. PMOS 트랜지스터는 제 1 제어 신호를 수신하는 게이트, 제 1 서플라이 전압을 수신하는 소스, 및 제 1 서플라이 전류를 제공하는 인덕터를 위한 스위칭 신호를 제공하는 드레인을 가질 수도 있다. NMOS 트랜지스터는 제 2 제어 신호를 수신하는 게이트, 스위칭 신호를 제공하는 드레인, 및 회로 그라운드에 커플링된 소스를 가질 수도 있다. 인덕터 (예를 들어, 인덕터 (162)) 는 PMOS 트랜지스터 및 NMOS 트랜지스터의 드레인들에 커플링될 수도 있고, 일단에서 스위칭 신호를 수신할 수도 있으며, 타단에서 제 1 서플라이 전류를 제공할 수도 있다.
또 다른 예시적인 설계에서, 장치 (예를 들어, 집적 회로, 무선 디바이스, 회로 모듈 등) 는 스위처, 예를 들어, 도 5 의 스위처 (160b) 를 포함할 수도 있다. 스위처는 입력 전류 (예를 들어, 도 5 의 Ienv 전류) 를 감지하고 공급 전류 (예를 들어, Iind 전류) 를 제공하는 인덕터를 충전 및 방전하기 위한 스위칭 신호를 발생시킬 수도 있다. 스위처는 입력 전류에 오프셋을 부가하여 그 오프셋이 없는 것보다 더 큰 서플라이 전류를 발생시킬 수도 있다. 스위처는 제 1 서플라이 전압 (예를 들어, 배터리 전압) 에 기초하여 동작할 수도 있다. 하나의 설계에서, 오프셋은 제 1 서플라이 전압에 기초하여 결정될 수도 있다. 예를 들어, 더 큰 오프셋은 더 작은 제 1 서플라이 전압을 위해 이용될 수도 있고, 그 역 또한 마찬가지이다.
하나의 설계에서, 스위처는 합산기, 전류 감지 증폭기, 및 드라이버, 예를 들어, 도 5 의 합산기 (328), 전류 감지 증폭기 (330), 및 드라이버 (332) 를 포함할 수도 있다. 합산기는 입력 전류와 오프셋 전류를 합산하고 합산된 전류를 제공할 수도 있다. 전류 감지 증폭기는 합산된 전류를 수신하고 감지된 신호를 제공할 수도 있다. 드라이버는 감지된 신호를 수신하고 스위칭 신호를 발생시키는데 이용되는 적어도 하나의 제어 신호를 제공할 수도 있다. 하나의 설계에서, 적어도 하나의 제어 신호는 제 1 제어 신호 (S1) 및 제 2 제어 신호 (S2) 를 포함할 수도 있고, 스위처는 PMOS 트래지스터 및 NMOS 트랜지스터, 예를 들어, 도 5 의 PMOS 트랜지스터 (334) 및 NMOS 트랜지스터 (336) 를 더 포함할 수도 있다. PMOS 트랜지스터는 제 1 제어 신호를 수신하는 게이트, 제 1 서플라이 전압을 수신하는 소스, 및 스위칭 신호를 제공하는 드레인을 가질 수도 있다. NMOS 트랜지스터는 제 2 제어 신호를 수신하는 게이트, 스위칭 신호를 제공하는 드레인, 및 회로 그라운드에 커플링된 소스를 가질 수도 있다.
하나의 설계에서, 장치는 엔벨로프 증폭기, 부스트 컨버터, 및 전력 증폭기를 더 포함할 수도 있다. 엔벨로프 증폭기는 엔벨로프 신호를 수신하고 엔벨로프 신호에 기초하여 제 2 서플라이 전류 (예를 들어, 도 5 의 Ienv 전류) 를 제공할 수도 있다. 부스트 컨버터는 제 1 서플라이 전압을 수신하고 부스팅된 서플라이 전압을 제공할 수도 있다. 엔벨로프 증폭기는 제 1 서플라이 전압 또는 부스팅된 서플라이 전압에 기초하여 동작할 수도 있다. 전력 증폭기는 스위처로부터의 서플라이 전류 및 엔벨로프 증폭기로부터의 제 2 서플라이 전류를 포함하는 총 서플라이 전류 (예를 들어, Ipa 전류) 를 수신할 수도 있다.
여기에 설명된 회로들 (예를 들어, 엔벨로프 증폭기, 스위처, 부스트 컨버터 등) 은 IC, 아날로그 IC, RF IC (RFIC), 혼합-신호 IC, ASIC, 인쇄 회로 기판 (PCB), 전자 디바이스 등 상에 구현될 수도 있다. 회로들은 상보적 금속 산화물 반도체 (CMOS), NMOS, PMOS, 바이폴라 정션 트랜지스터 (BJT), 바이폴라-CMOS (BiCMOS), 실리콘 게르마늄 (SiGe), 갈륨 비소 (GaAs) 등과 같은 다양한 IC 프로세스 기술들로 제작될 수도 있다.
여기에 설명된 회로들 중 임의의 회로를 구현하는 장치는 스탠드 얼론 디바이스일 수도 있고, 또는 더 큰 디바이스의 일부일 수도 있다. 디바이스는 (i) 스탠드 얼론 IC, (ii) 데이터 및/또는 명령들을 저장하기 위한 메모리 IC들을 포함할 수도 있는 하나 이상의 IC들의 세트, (iii) RF 수신기 (RFR) 또는 RF 송신기/수신기 (RTR) 와 같은 RFIC, (iv) 이동국 모뎀 (MSM) 과 같은 ASIC, (v) 다른 디바이스들 내에 임베딩될 수도 있는 모듈, (vi) 수신기, 셀룰러 폰, 무선 디바이스, 핸드셋, 또는 모바일 유닛, (vii) 등등일 수도 있다.
본 개시물의 사전 설명은 당업자가 본 개시물을 실시 또는 이용할 수 있게 하기 위해 제공된다. 본 개시물에 대한 다양한 변경들은 당업자에게 쉽게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 개시물의 범위로부터 벗어남 없이 다른 변화들에 적용될 수도 있다. 따라서, 본 개시물은 여기에 설명된 예들 및 설계들에 제한되는 것으로 의도되지 않고 여기에 개시된 원리들 및 신규한 특징들에 부합하는 최광의 범위를 따르게 될 것이다.

Claims (26)

  1. 제 1 서플라이 전압을 수신하고 상기 제 1 서플라이 전압보다 더 높은 전압을 갖는 부스팅된 서플라이 전압을 발생시키도록 동작하는 부스트 컨버터; 및
    엔벨로프 신호 및 상기 부스팅된 서플라이 전압을 수신하고 상기 엔벨로프 신호 및 상기 부스팅된 서플라이 전압에 기초하여 제 2 서플라이 전압을 발생시키도록 동작하는 엔벨로프 증폭기를 포함하되,
    상기 엔벨로프 증폭기는 상기 제 1 서플라이 전압을 추가로 수신하고 상기 제 1 서플라이 전압 또는 상기 부스팅된 서플라이 전압에 기초하여 상기 제 2 서플라이 전압을 발생시키도록 동작하고,
    상기 엔벨로프 증폭기는,
    상기 엔벨로프 신호를 수신하고 증폭된 신호를 제공하도록 동작하는 연산 증폭기 (op-amp),
    상기 증폭된 신호를 수신하고 제 1 제어 신호 및 제 2 제어 신호를 제공하도록 동작하는 드라이버,
    상기 제 1 제어 신호를 수신하는 게이트, 상기 부스팅된 서플라이 전압 또는 상기 제 1 서플라이 전압을 수신하는 소스, 및 상기 제 2 서플라이 전압을 제공하는 드레인을 갖는 P-채널 금속 산화물 반도체 (PMOS) 트랜지스터, 및
    상기 제 2 제어 신호를 수신하는 게이트, 상기 제 2 서플라이 전압을 제공하는 드레인, 및 회로 그라운드에 커플링된 소스를 갖는 N-채널 금속 산화물 반도체 (NMOS) 트랜지스터를 포함하는, 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔벨로프 증폭기는, 상기 엔벨로프 신호가 제 1 임계값을 초과하는 경우, 또는 상기 제 1 서플라이 전압이 제 2 임계값보다 낮은 경우, 또는 양자의 경우에 상기 부스팅된 서플라이 전압에 기초하여 상기 제 2 서플라이 전압을 발생시키도록 동작하는, 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔벨로프 증폭기는,
    제 3 제어 신호를 수신하는 게이트, 상기 부스팅된 서플라이 전압을 수신하는 소스, 및 상기 PMOS 트랜지스터의 상기 소스에 커플링된 드레인을 갖는 제 2 PMOS 트랜지스터, 및
    제 4 제어 신호를 수신하는 게이트, 상기 제 1 서플라이 전압을 수신하는 소스, 및 상기 PMOS 트랜지스터의 상기 소스에 커플링된 드레인을 갖는 제 3 PMOS 트랜지스터를 더 포함하는, 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔벨로프 증폭기로부터 상기 제 2 서플라이 전압을 수신하고, 입력 무선 주파수 (RF) 신호를 수신 및 증폭하고 출력 RF 신호를 제공하도록 동작하는 전력 증폭기를 더 포함하는, 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 서플라이 전압은 상기 장치를 위한 배터리 전압인, 장치.
  8. 제 1 서플라이 전압을 수신하고 상기 제 1 서플라이 전압보다 더 높은 전압을 갖는 부스팅된 서플라이 전압을 발생시키도록 동작하는 부스트 컨버터; 및
    엔벨로프 신호 및 상기 부스팅된 서플라이 전압을 수신하고 상기 엔벨로프 신호 및 상기 부스팅된 서플라이 전압에 기초하여 제 2 서플라이 전압을 발생시키도록 동작하는 엔벨로프 증폭기를 포함하되,
    상기 엔벨로프 증폭기는 상기 제 1 서플라이 전압을 추가로 수신하고 상기 제 1 서플라이 전압 또는 상기 부스팅된 서플라이 전압에 기초하여 상기 제 2 서플라이 전압을 발생시키도록 동작하고,
    상기 엔벨로프 증폭기는,
    상기 엔벨로프 신호를 수신하고 증폭된 신호를 제공하도록 동작하는 연산 증폭기 (op-amp),
    상기 증폭된 신호를 수신하고 제 1 제어 신호 및 제 2 제어 신호를 제공하도록 동작하는 드라이버,
    상기 제 1 제어 신호를 수신하는 게이트, 상기 부스팅된 서플라이 전압 또는 상기 제 1 서플라이 전압을 수신하는 소스, 및 상기 제 2 서플라이 전압을 제공하는 드레인을 갖는 P-채널 금속 산화물 반도체 (PMOS) 트랜지스터, 및
    상기 제 2 제어 신호를 수신하는 게이트, 상기 제 2 서플라이 전압을 제공하는 드레인, 및 회로 그라운드에 커플링된 소스를 갖는 N-채널 금속 산화물 반도체 (NMOS) 트랜지스터를 포함하는, 집적회로.
  9. 삭제
  10. 입력 무선 주파수 (RF) 신호를 수신 및 증폭하고 출력 RF 신호를 제공하도록 동작하는 전력 증폭기; 및
    엔벨로프 신호 및 제 1 서플라이 전압을 수신하고, 상기 제 1 서플라이 전압보다 더 높은 전압을 갖는 부스팅된 서플라이 전압을 발생시키며, 상기 엔벨로프 신호 및 상기 부스팅된 서플라이 전압에 기초하여 상기 전력 증폭기를 위한 제 2 서플라이 전압을 발생시키도록 동작하는 서플라이 발생기를 포함하되,
    상기 서플라이 발생기는,
    상기 엔벨로프 신호를 수신하고 증폭된 신호를 제공하도록 동작하는 연산 증폭기 (op-amp),
    상기 증폭된 신호를 수신하고 제 1 제어 신호 및 제 2 제어 신호를 제공하도록 동작하는 드라이버,
    상기 제 1 제어 신호를 수신하는 게이트, 상기 부스팅된 서플라이 전압 또는 상기 제 1 서플라이 전압을 수신하는 소스, 및 상기 제 2 서플라이 전압을 제공하는 드레인을 갖는 P-채널 금속 산화물 반도체 (PMOS) 트랜지스터, 및
    상기 제 2 제어 신호를 수신하는 게이트, 상기 제 2 서플라이 전압을 제공하는 드레인, 및 회로 그라운드에 커플링된 소스를 갖는 N-채널 금속 산화물 반도체 (NMOS) 트랜지스터를 포함하는, 무선 통신을 위한 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 서플라이 발생기는 상기 엔벨로프 신호 및 상기 부스팅된 서플라이 전압이나 또는 상기 제 1 서플라이 전압 중 어느 하나에 기초하여 상기 제 2 서플라이 전압을 발생시키도록 동작하는, 무선 통신을 위한 장치.
  12. 서플라이 전압들을 발생시키는 방법으로서,
    제 1 서플라이 전압에 기초하여 부스팅된 서플라이 전압을 발생시키는 단계로서, 상기 부스팅된 서플라이 전압은 상기 제 1 서플라이 전압보다 더 높은 전압을 갖는, 상기 부스팅된 서플라이 전압을 발생시키는 단계; 및
    엔벨로프 신호 및 상기 부스팅된 서플라이 전압에 기초하여 제 2 서플라이 전압을 발생시키는 단계를 포함하되,
    상기 제 2 서플라이 전압은,
    상기 엔벨로프 신호를 수신하고 증폭된 신호를 제공하는 연산 증폭기 (op-amp),
    상기 증폭된 신호를 수신하고 제 1 제어 신호 및 제 2 제어 신호를 제공하는 드라이버,
    상기 제 1 제어 신호를 수신하는 P-채널 금속 산화물 반도체 (PMOS) 트랜지스터, 상기 부스팅된 서플라이 전압 또는 상기 제 1 서플라이 전압을 수신하는 소스, 및 상기 제 2 서플라이 전압을 제공하는 드레인, 및
    상기 제 2 제어 신호를 게이트에서 수신하고, 드레인을 통해 상기 제 2 서플라이 전압을 제공하는 N-채널 금속 산화물 반도체 (NMOS) 트랜지스터, 및 회로 그라운드를 위한 소스를 사용하여 상기 제 2 서플라이 전압을 생성하는,
    엔벨로프 증폭기에 의해서 생성되는, 서플라이 전압들을 발생시키는 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 2 서플라이 전압을 발생시키는 단계는, 상기 엔벨로프 신호 및 상기 부스팅된 서플라이 전압이나 또는 상기 제 1 서플라이 전압 중 어느 하나에 기초하여 상기 제 2 서플라이 전압을 발생시키는 단계를 포함하는, 서플라이 전압들을 발생시키는 방법.
  14. 서플라이 전압들을 발생시키는 장치로서,
    제 1 서플라이 전압에 기초하여 부스팅된 서플라이 전압을 발생시키는 수단으로서, 상기 부스팅된 서플라이 전압은 상기 제 1 서플라이 전압보다 더 높은 전압을 갖는, 상기 부스팅된 서플라이 전압을 발생시키는 수단; 및
    엔벨로프 신호 및 상기 부스팅된 서플라이 전압에 기초하여 제 2 서플라이 전압을 발생시키는 수단을 포함하되,
    상기 제 2 서플라이 전압을 발생시키는 수단은,
    상기 엔벨로프 신호를 수신하고 증폭된 신호를 제공하는 연산 증폭기 (op-amp),
    상기 증폭된 신호를 수신하고 제 1 제어 신호 및 제 2 제어 신호를 제공하는 드라이버,
    상기 제 1 제어 신호를 수신하는 P-채널 금속 산화물 반도체 (PMOS) 트랜지스터, 상기 부스팅된 서플라이 전압 또는 상기 제 1 서플라이 전압을 수신하는 소스, 및 상기 제 2 서플라이 전압을 제공하는 드레인, 및
    상기 제 2 제어 신호를 게이트에서 수신하고, 드레인을 통해 상기 제 2 서플라이 전압을 제공하는 N-채널 금속 산화물 반도체 (NMOS) 트랜지스터, 및 회로 그라운드를 위한 소스를 사용하여 상기 제 2 서플라이 전압을 생성하는,
    엔벨로프 증폭기를 포함하는, 서플라이 전압들을 발생시키는 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 2 서플라이 전압을 발생시키는 수단은, 상기 엔벨로프 신호 및 상기 부스팅된 서플라이 전압이나 또는 상기 제 1 서플라이 전압 중 어느 하나에 기초하여 상기 제 2 서플라이 전압을 발생시키는 수단을 포함하는, 서플라이 전압들을 발생시키는 장치.
  16. 제 1 서플라이 전압을 수신하고 제 1 서플라이 전류를 제공하도록 동작하는 스위처;
    엔벨로프 신호를 수신하고 상기 엔벨로프 신호에 기초하여 제 2 서플라이 전류를 제공하도록 동작하는 엔벨로프 증폭기; 및
    상기 제 1 서플라이 전류 및 상기 제 2 서플라이 전류를 포함하는 총 서플라이 전류를 수신하도록 동작하는 전력 증폭기를 포함하되,
    상기 스위처는,
    상기 제 1 서플라이 전류, 또는 상기 제 2 서플라이 전류, 또는 상기 총 서플라이 전류를 감지하고 감지된 신호를 제공하도록 동작하는 전류 감지 증폭기,
    상기 감지된 신호를 수신하고 제 1 제어 신호 및 제 2 제어 신호를 제공하도록 동작하는 드라이버,
    상기 제 1 제어 신호를 수신하는 게이트, 상기 제 1 서플라이 전압을 수신하는 소스, 및 상기 제 1 서플라이 전류를 제공하는 인덕터를 위한 스위칭 신호를 제공하는 드레인을 갖는 P-채널 금속 산화물 반도체 (PMOS) 트랜지스터, 및
    상기 제 2 제어 신호를 수신하는 게이트, 상기 스위칭 신호를 제공하는 드레인, 및 회로 그라운드에 커플링된 소스를 갖는 N-채널 금속 산화물 반도체 (NMOS) 트랜지스터를 포함하는, 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 서플라이 전압을 수신하고 상기 제 1 서플라이 전압보다 더 높은 전압을 갖는 부스팅된 서플라이 전압을 제공하도록 동작하는 부스트 컨버터를 더 포함하며,
    상기 엔벨로프 증폭기는 상기 제 1 서플라이 전압 또는 상기 부스팅된 서플라이 전압에 기초하여 동작하는, 장치.
  18. 삭제
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 서플라이 전류는 직류 (DC) 및 주파수 성분들을 포함하고, 상기 제 2 서플라이 전류는 상기 제 1 서플라이 전류의 주파수 성분들보다 더 높은 주파수 성분들을 포함하는, 장치.
  20. 스위칭 신호를 수신하고 서플라이 전류를 제공하도록 동작하는 인덕터; 및
    입력 전류를 감지하고 상기 서플라이 전류를 제공하는 상기 인덕터를 충전 및 방전하기 위한 상기 스위칭 신호를 발생시키도록 동작하는 스위처로서, 상기 스위처는 상기 입력 전류에 오프셋을 부가하여 상기 오프셋이 없는 것보다 더 큰 서플라이 전류를 상기 인덕터를 통해 발생시키는, 상기 스위처를 포함하되,
    상기 스위처는,
    상기 입력 전류와 오프셋 전류를 합산하고 합산된 전류를 제공하도록 동작하는 합산기,
    상기 합산된 전류를 수신하고 감지된 신호를 제공하도록 동작하는 전류 감지 증폭기, 및
    상기 감지된 신호를 수신하고 상기 인덕터를 위한 상기 스위칭 신호를 발생시키는데 이용되는 적어도 하나의 제어 신호를 제공하도록 동작하는 드라이버를 포함하는, 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 스위처는 제 1 서플라이 전압에 기초하여 동작하고, 상기 오프셋은 상기 제 1 서플라이 전압에 기초하여 결정되는, 장치.
  22. 삭제
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제어 신호는 제 1 제어 신호 및 제 2 제어 신호를 포함하며,
    상기 스위처는,
    상기 제 1 제어 신호를 수신하는 게이트, 제 1 서플라이 전압을 수신하는 소스, 및 상기 스위칭 신호를 제공하는 드레인을 갖는 P-채널 금속 산화물 반도체 (PMOS) 트랜지스터, 및
    상기 제 2 제어 신호를 수신하는 게이트, 상기 스위칭 신호를 제공하는 드레인, 및 회로 그라운드에 커플링된 소스를 갖는 N-채널 금속 산화물 반도체 (NMOS) 트랜지스터를 더 포함하는, 장치.
  24. 제 20 항에 있어서,
    엔벨로프 신호를 수신하고 상기 엔벨로프 신호에 기초하여 제 2 서플라이 전류를 제공하도록 동작하는 엔벨로프 증폭기를 더 포함하며,
    총 서플라이 전류는 상기 스위처로부터의 상기 서플라이 전류 및 상기 엔벨로프 증폭기로부터의 상기 제 2 서플라이 전류를 포함하는, 장치.
  25. 제 24 항에 있어서,
    제 1 서플라이 전압을 수신하고 상기 제 1 서플라이 전압보다 더 높은 전압을 갖는 부스팅된 서플라이 전압을 제공하도록 동작하는 부스트 컨버터를 더 포함하며,
    상기 엔벨로프 증폭기는 상기 제 1 서플라이 전압 또는 상기 부스팅된 서플라이 전압에 기초하여 동작하는, 장치.
  26. 제 20 항에 있어서,
    상기 인덕터로부터 상기 서플라이 전류를 수신하고, 입력 무선 주파수 (RF) 신호를 수신 및 증폭하고 출력 RF 신호를 제공하도록 동작하는 전력 증폭기를 더 포함하는, 장치.
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