KR101691077B1 - 다중 레벨의 전원전압을 이용한 포락선 추적 전력증폭 장치 - Google Patents

다중 레벨의 전원전압을 이용한 포락선 추적 전력증폭 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무선통신 단말기에서 다중 레벨의 전원전압을 이용하여 포락선 추적 전력증폭 장치를 구현하는 기술에 관한 것이다.
이러한 본 발명은 포락선 모듈레이터를 구성하는 선형 증폭기와 스위치 증폭기 중 선형 증폭기의 전원 공급부가 배터리와 연결되는 것이 아니라, 인가되는 신호의 전력에 따라 직류-직류 컨버터를 이용하여 선형 증폭기의 전원 전압을 다중 레벨로 공급한다. 이에 따라, 통상의 포락선 모듈레이터와 비교할 때 저전력에서 효율이 향상되어 무선 통신에 사용되는 휴대용 단말장치의 열문제가 완화되고 배터리 사용시간이 연장되는 효과가 있다. 따라서, 4G 및 LTE 무선 통신 단말기 및 시스템, M2M(Machine-to-Machine) 서비스시스템, 광대역 와이파이 무선통신시스템, 재난예방시스템(센서 네트워크) 및 초고속 무선 인터넷 서비스 등에 적용되는 전력증폭장치의 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

다중 레벨의 전원전압을 이용한 포락선 추적 전력증폭 장치{ENVELOPE TRACKING POWER AMPLIFIER USING POWER SOURCE VOLTAGE OF MULTI-LEVEL}
본 발명은 무선통신 단말기의 전력증폭 장치의 효율과 선형성을 향상시키는 기술에 관한 것으로, 특히 포락선 모듈레이터와 전력 증폭기를 구비하는 포락선 추적 전력증폭 장치에서 다중레벨 전원전압을 이용하여 최대 전력 뿐만 아니라 낮은 전력에서도 포락선 모듈레이터의 효율을 향상시킬 수 있도록 한 다중 레벨의 전원전압을 이용한 포락선 추적 전력증폭 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 스마트폰이나 노트북 컴퓨터 등과 같은 무선통신 단말기의 전력증폭기(Power Amplifier)는 배터리의 전원전압을 사용한다. 그런데, 무선통신 기술이 점차 발전하면서 사용하는 신호의 대역폭 (Bandwidth)과 최대 전력 대 평균 전력 비율 (PAPR : Peak to Average Power Ratio)이 커짐에 따라 무선 주파수(RF: Radio Frequency) 전력증폭 장치의 효율이 낮아지고 있다. 무선통신 단말기에서 RF 전력증폭 장치가 소모하는 전력량은 전체 전력 소모량 중에서 상당 부분을 차지한다. 그러므로, RF 전력증폭 장치의 효율이 낮으면 배터리의 수명시간이 급속하게 줄어든다. 이와 같은 이유로 인하여, RF 전력증폭 장치의 효율을 증대시키기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 그 중에서 포락선 모듈레이터(Envelop-Tracking Modulator) 장치를 이용하여 전력증폭 장치의 전원을 변조하는 포락선 추적 전력 증폭기(Envelope-Tracking Power Amplifier)의 효율을 향상시키기 위한 연구가 집중되고 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 전력증폭 장치의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 신호 생성기(110) 및 전력증폭기(120)을 포함한다.
신호 생성기(110)는 디지털신호인 I,Q신호를 공급받아 무선주파수 신호(RF)를 생성한다.
전력증폭기(120)는 상기 무선주파수 신호(RF)를 증폭하여 그에 따른 무선주파수 신호(RFamp)를 안테나 측으로 출력한다. 여기서, 상기 전력증폭기(120)는 상기 무선주파수 신호(RF)를 증폭할 때 회로나 기기를 통해 공급되는 전압을 사용하는 것이 아니라 직접 공급되는 고정된 공급전압(Vsupply)을 사용한다.
도 2는 종래 기술에 의한 포락선 추적 전력증폭 장치의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 신호 생성기(210), 포락선 모듈레이터(220) 및 전력증폭기(230)을 포함한다.
도 2를 도 1과 비교할 때 다른 점은 신호 생성기(210)로부터 포락선신호(ENV)를 공급받아 증폭된 형태의 포락선신호(ENVamp)를 생성하여 출력하는 포락선 모듈레이터(220)가 추가되고, 전력증폭기(230)가 상기 포락선신호(ENVamp)를 이용하여 무선주파수 신호(RF)를 증폭하여 증폭된 형태의 무선주파수 신호(RFamp)를 출력하는 것이다.
이와 같이 상기 전력증폭기(230)가 변조된 형태의 공급전압인 포락선신호(ENVamp)를 이용하여 무선주파수 신호(RF)를 증폭하게 되므로 전력 손실이 줄어들어 도 1에 비하여 높은 효율을 얻을 수 있게 된다.
도 3은 도 2에서 포락선 모듈레이터(220)에 대한 상세 블록도로서 이에 도시한 바와 같이, 선형증폭기(221), 선형전류 감지기(222), 스위치 증폭기(223) 및 코일(L)을 구비한다.
선형증폭기(221)는 피드백 경로(β)를 통하여 포락선신호(ENV)를 선형 증폭하는데, 여기서 선형증폭기(221)의 구동전원으로 배터리전원전압(Vbat)이 사용된다.
선형 전류 감지기(222)는 상기 선형 증폭기(221)에서 출력되는 선형전류(ILIN)의 크기와 방향을 감지하여 그에 따른 전류감지신호(SEN)를 출력한다.
스위치 증폭기(223)는 상기 전류감지신호(SEN)에 따라 스위칭(ON 또는 OFF) 동작하여 그에 따른 스위칭 전류(ISW)를 출력한다. 여기서, 스위치 증폭기(223)의 구동전원으로 배터리전원전압(Vbat)이 사용된다.
상기와 같이 출력되는 스위칭 전류(ISW)와 선형전류(ILIN)가 합산되어 출력전류(Iout)가 된다. 포락선 모듈레이터(220)는 상기 출력전류(Iout)를 근거로 증폭된 형태의 상기 포락선신호(ENV)를 생성한다.
스위치 증폭기(223)는 출력전류(Iout)에 필요한 대부분의 전류를 고효율로 공급해 주지만 고주파 신호를 증폭하지 못한다. 이를 감안하여, 선형증폭기(221)는 상기 고주파 신호를 빠른 속도로 증폭하여 출력한다.
따라서, 포락선 모듈레이터(220)는 상대적으로 효율이 낮지만 빠른 동작속도를 갖는 선형증폭기(221)와 낮은 동작속도를 갖지만 효율이 높은 스위치 증폭기(223)를 구비하므로, 대역폭이 넓은 포락선신호(ENV)를 고효율로 증폭할 수 있다. 이를 위해 선형증폭기(221)와 스위치 증폭기(223)가 높은 효율을 갖도록 설계하는 것이 필요한다.
상기 포락선 모듈레이터(220)의 동작 가능한 입력신호의 대역폭은 선형 증폭기 (221)에 의해서 결정된다. 다시 말해서, 상기 포락선 모듈레이터(220)는 상기 선형 증폭기(221)의 대역폭에 상응되는 대역폭을 가지는 신호를 입력할 수 있다. 만약, 상기 선형 증폭기(221)의 대역폭이 좁아서 포락선신호(ENV)의 고주파 성분을 증폭할 수 없는 경우 포락선 모듈레이터(220)의 출력에 왜곡이 생기게 된다.
포락선 모듈레이터(220)의 출력 전류(Iout)는 도 4에서와 같이 스위칭 전류(ISW)와 선형 전류(ILIN)로 구성된다. 상기 스위칭 전류(ISW)는 높은 효율을 갖는 스위치 증폭기(223)에 의해서 저주파 신호들이 증폭되어 생성된 전류이고, 상기 선형 전류(ILIN)는 빠른 속도로 동작을 하는 선형 증폭기(221)에 의해서 고주파 신호들이 증폭되어 생성된 전류이다.
스위칭 전류(ISW)가 출력 전류(Iout)보다 더 적게 흐를 경우에는 선형 전류(ILIN)에 의해서 그 차이만큼 더해져서 출력 전류(Iout)로 흐르게 되고(소스 전류), 스위칭 전류(ISW)가 출력 전류(Iout)보다 더 많이 흐를 경우에는 선형 전류(ILIN)에 의해서 그 차이만큼 빠져서 출력 전류(Iout)로 나타나게 된다 (싱크 전류). 이와 같이 출력 전류(Iout)는 스위칭 전류(ISW)와 선형 전류(ILIN)의 합으로 만들어지기 때문에 선형 증폭기(221)와 스위치 증폭기 (223)의 효율이 매우 중요하다.
포락선 모듈레이터(220)로부터 전력 증폭기(230)에 공급되는 증폭된 형태의 포락선신호(ENVamp)는 상기 출력 전류(Iout)를 바탕으로 생성된다.
도 3에서와 같이 종래의 포락선 모듈레이터(220)는 선형 증폭기(221)와 스위치 증폭기(223)의 구동전압으로 배터리전원전압(Vbat)이 사용된다. 그런데, 배터리전원전압(Vbat)의 레벨은 배터리의 충전 정도에 따라 도 5에서와 같이 변화된다. 이에 따라, 선형 증폭기(221)와 스위치 증폭기(223)의 동작 상태 특히 선형 증폭기(221)의 동작 상태가 많이 변화되는 문제점이 발생된다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 종래의 포락선 모듈레이터(220)의 다른 실시예를 도 6에 나타내었다. 도 6을 상기 도 3과 비교할 때 배터리전원전압(Vbat)을 선형증폭기(221)에 직접 공급하는 것이 아니라, 직류-직류 컨버터(224)가 배터리전원전압(Vbat)을 이용하여 선형증폭기(221)에 고정된 레벨의 전원전압을 공급할 수 있도록 한 것이 차이점이다. 여기서, 상기 직류-직류 컨버터(224)는 최대 출력전력을 기준으로 선형 증폭기(221)의 전원전압의 레벨을 결정한다.
스위치 증폭기(223)에도 직류-직류 컨버터를 통해 고정된 레벨의 전원전압을 공급하는 것을 고려해 볼 수 있지만, 스위치 증폭기(223)는 배터리전원전압(Vbat)의 레벨이 변동되는 것에 큰 영향을 받지 않고 전체 출력 전류에 많은 양의 전류를 공급해주는 역할을 하기 때문에 직류-직류 컨버터를 사용하면 오히려 직류-직류 컨버터의 전력 손실에 의해 전체 효율이 더 나빠지게 된다.
도 7의 (a) 내지 (c)는 도 6의 포락선 모듈레이터(220)가 포락선신호(ENV)의 레벨이 변화되는 것에 관계없이 고정된 레벨의 전원전압을 공급하게 되어 있어 낮은 전력에서 전원전압의 레벨이 높게 유지되는 것을 나타낸 것이다.
이와 같이 직류-직류 컨버터를 채용한 종래의 포락선 모듈레이터는 배터리전원전압의 레벨 변화에 관계없이 선형 증폭기에 고정된 레벨의 전원전압을 공급할 수 있기 때문에 최대 전력에서 우수한 성능을 유지할 수 있다. 하지만, 낮은 전력에서도 불필요하게 전원전압이 높은 레벨로 유지되기 때문에 선형 증폭기의 심각한 효율 감소를 야기한다. 이와 같은 문제점은 배터리전원전압을 직접 전원전압으로 사용하는 포락선 모듈레이터에도 마찬가지로 나타난다.
왜냐하면, 포락선 모듈레이터는 최대 전력에서 인가되는 포락선 신호의 레벨에 상응하여 전원전압이 결정되도록 설계되기 때문이다. 그러나, 이렇게 설계된 포락선 모듈레이터는 낮은 레벨의 포락선 신호가 인가되는 저전력에서도 전원전압의 레벨이 높게 유지되므로 효율이 심각하게 감소되는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 특히 포락선 모듈레이터와 전력 증폭기를 구비하는 포락선 추적 전력증폭 장치에서 다중레벨 전원전압을 이용하여 높은 레벨의 포락선 신호가 공급되는 최대 전력에서 높은 레벨의 전원전압이 공급되게 하고, 낮은 레벨의 포락선 신호가 공급되는 낮은 전력에서는 낮은 레벨의 전원전압이 공급되도록 하여 전력 레벨의 변화에 관계없이 항상 높은 효율을 얻을 수 있도록 하는데 있다.
상기 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 다중 레벨의 전원전압을 이용한 포락선 모듈레이터의 효율 향상 장치는, 외부로부터 공급되는 I,Q신호를 근거로 전원전압의 레벨을 조절하기 위한 전원전압조절신호, 포락선신호 및 무선주파수 신호를 생성하여 출력하는 신호 생성기; 배터리전원전압을 이용하여 상기 전원전압조절신호에 따른 해당 레벨의 다중전원전압을 생성하고, 상기 다중전원전압으로 상기 포락선신호를 선형증폭하여 증폭된 형태의 포락선신호를 출력하는 포락선 모듈레이터; 및 상기 증폭된 형태의 포락선신호를 이용하여 상기 무선주파수 신호를 증폭하는 전력 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 포락선 모듈레이터와 전력 증폭기를 구비하는 포락선 추적 전력증폭 장치에서 다중레벨 전원전압을 이용하여 높은 레벨의 포락선 신호가 공급되는 최대 전력에서 높은 레벨의 전원전압이 공급되게 하고, 낮은 레벨의 포락선 신호가 공급되는 낮은 전력에서는 낮은 레벨의 전원전압이 공급되도록 함으로써, 전력 레벨의 변화에 관계없이 항상 높은 효율을 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 통상의 포락선 모듈레이터와 비교할 때 저전력에서 효율이 향상되어 무선 통신에 사용되는 휴대용 단말장치의 열문제가 완화되고 배터리 사용시간이 연장되는 효과가 있다.
이와 같은 전력증폭장치를 4G 및 LTE 무선 통신 단말기 및 시스템, M2M(Machine-to -Machine) 서비스시스템, 광대역 와이파이 무선통신시스템, 재난예방시스템(센서 네트워크) 및 초고속 무선 인터넷 서비스 시스템에 적용하여 그들의
효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 전력증폭 장치의 블록도이다.
도 2는 종래 기술에 의한 포락선 추적 전력증폭 장치의 블록도이다.
도 3은 도 2에서 포락선 모듈레이터의 상세 블록도이다.
도 4는 도 3의 포락선 모듈레이터에서의 스위칭 전류 및 선형전류에 대한 파형도이다.
도 5는 종래기술에 의한 포락선 모듈레이터에서의 배터리전원전압의 레벨 변화를 나타낸 파형도이다.
도 6은 종래기술에 의한 포락선 모듈레이터의 다른 실시예시도이다.
도 7의 (a) 내지 (c)는 포락선 모듈레이터가 낮은 전력에서 전원전압의 레벨이 높게 유지되는 것을 나타낸 파형도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다중 레벨의 전원전압을 이용한 포락선 추적 전력증폭 장치의 블록도이다.
도 9의 (a) 내지 (c)는 본 발명에 따른 다중전원전압 출력예를 나타낸 파형도이다.
도 10은 본 발명에 따른 포락선 모듈레이터의 효율을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따른 포락선 모듈레이터를 전력 증폭기와 연결하여 사용하는 경우의 효율을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 다중 레벨의 전원전압을 이용한 포락선 추적 전력증폭 장치의 블록도로서 이에 도시한 바와 같이 전력증폭 장치(800)는, 신호 생성기(810), 포락선 모듈레이터(820) 및 전력 증폭기(830)를 포함한다.
신호 생성기(810)는 외부로부터 공급되는 디지털신호인 I,Q신호를 근거로 전원전압조절신호(CTL_V), 포락선신호(ENV) 및 무선주파수신호(RF)를 생성하는 것으로, 이를 위해 포락선 생성기 및 IQ 모듈레이터(811), 다중레벨전원전압 조절기(812), 포락선신호 조절기(813), 믹서(814) 및 타이밍 조절기(815)를 구비한다.
포락선 생성기 및 IQ 모듈레이터(811)는 외부로부터 I,Q신호를 공급받아 한편으로는 포락선신호(ENVEL)를 생성하고, 다른 한편으로는 IQ 성분을 변조하여 변조된 형태로 출력한다.
다중레벨전원전압 조절기(812)는 저전력에서 고효율의 성능을 낼 수 있도록 하기 위하여, 상기 포락선신호(ENVEL)의 레벨에 상응하는 전원전압조절신호(CTL_V)를 생성한다. 즉, 상기 다중레벨전원전압 조절기(812)는 상기 포락선신호(ENVEL)의 레벨에 대응하여 선형증폭기(822)에 최적화된 레벨의 다중전원전압(V_MULTI)이 공급되도록 하기 위한 전원전압조절신호(CTL_V)를 생성한다.
포락선신호 조절기(813)는 상기 포락선신호(ENVEL)의 레벨과 타이밍을 적절히 조절하여 그에 따른 포락선신호(ENV)를 출력한다.
믹서(814)는 상기 포락선 생성기 및 IQ 모듈레이터(811)에서 출력되는 변조된 형태의 신호성분에 국부발진신호(OSC)를 혼합하여 그에 따른 초고주파의 무선주파수 신호를 출력한다.
타이밍 조절기(815)는 믹서(14)에서 출력되는 초고주파수의 무선주파수 신호의 타이밍을 조절하여 그에 따른 무선주파수신호(RF)를 출력한다.
포락선 모듈레이터(820)는 스마트폰이나 노트북 컴퓨터와 같이 배터리 전원전압을 사용하는 휴대용 무선통신단말기의 무선주파수(RF) 전력 증폭장치의 콜렉터 또는 드레인에 연결되어 전력증폭기(830)의 공급전압을 전력증폭기(830)의 출력전력에 따라 변화시킨다. 이를 위해, 상기 포락선 모듈레이터(820)는 상기 전원전압조절신호(CTL_V) 및 포락선신호(ENV)에 따른 증폭된 형태의 포락선신호(ENV_AMP)를 출력한다. 이를 위해 상기 포락선 모듈레이터(820)는 직류-직류 컨버터(821), 선형 증폭기(822), 선형 전류 감지기(823) 및 스위치 증폭기(824)를 구비한다.
직류-직류 컨버터(821)는 고정된 레벨의 전원전압을 출력하는 것이 아니라, 배터리전원전압(Vbat)을 이용하여 다중 레벨의 다중전원전압(V_MULTI)을 생성할 수 있는데, 그 중에서 상기 전원전압조절신호(CTL_V)에 따른 해당 레벨의 다중전원전압을 생성하여 출력하므로 최적화된 다중전원전압을 출력할 수 있다.
직류-직류 컨버터(821)가 상기 다중전원전압(V_MULTI)을 출력하는 방법에는 여러 가지가 있을 수 있다. 예를 들어, 직류-직류 컨버터(821)는 상기 다중전원전압(V_MULTI) 중에서 가장 높은 다중전원전압의 레벨은 상기 포락선신호(ENV)의 레벨보다 높고, 가장 낮은 다중전원전압의 레벨은 선형 증폭기(822)의 동작에 왜곡을 유발시키지 않는 범위가 되도록 설정하여 출력할 수 있다(도 9 참조).
상기 다중전원전압(V_MULTI)의 출력 예로써, 상기 전원전압조절신호(CTL_V)로서 10 개 레벨의 전원전압조절신호(CTL_V1~CTL_V10)가 있고, 상기 다중전원전압(V_MUL)으로 10 개 레벨의 다중레벨전원전압(V_MULTI1~V_MULTI10)이 있는 경우, 상기 직류-직류 컨버터(821)는 상기 다중레벨전원전압 조절기(812)로부터 3번째로 높은 전원전압조절신호(CTL_V3)가 공급될 때 3번째로 높은 레벨의 다중레벨전원전압(V_MULTI3)을 출력하게 된다.
선형 증폭기(822)는 스위치 증폭기(824)에서 증폭시키지 못하고 남은 상대적으로 높은 주파수의 신호를 증폭하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 선형 증폭기(822)는 피드백 경로(β)를 통하여 상기 포락선신호 조절기(813)로부터 공급되는 상기 포락선신호(ENV)를 선형 증폭하는데, 이때 고정된 구동전원을 사용하는 것이 아니라 상기 포락선신호(ENV)에 따라 상기 다중레벨전원전압 조절기(812) 및 직류-직류 컨버터(821)를 통해 공급되는 다중전원전압(V_MULTI) 중에서 최적의 전원전압을 사용한다. 이에 따라, 상기 선형 증폭기(822)는 전원전압이 변화되는 것에 관계없이 상기 포락선신호(ENV)를 왜곡 없이 고효율로 증폭할 수 있게 된다.
선형 전류 감지기(823)는 상기 선형 증폭기(822)에서 출력되는 선형전류(ILIN)의 크기와 방향을 감지하여 그에 따른 전류감지신호(SEN)를 출력한다.
스위치 증폭기(824)는 상기 전류감지신호(SEN)에 따라 스위칭(ON 또는 OFF) 동작하여 그에 따른 스위칭 전류(ISW)를 출력한다. 여기서, 스위치 증폭기(224)의 구동전원으로 배터리전원전압(Vbat)이 사용된다.
포락선 모듈레이터(820)로부터 전력 증폭기(830)에 증폭된 형태의 포락선신호(ENVamp)가 공급되는데, 이는 상기 선형 증폭기(822)에서 출력되는 선형전류(ILIN)와 상기 스위치 증폭기(824) 및 코일(L)에 의해 생성된 스위칭 전류(ISW)가 합산된 전류를 바탕으로 생성된다.
결국, 본 발명에 따른 포락선 모듈레이터(820)는 상기와 같이 동작하는 다중레벨 전원전압조절기(812), 직류-직류 컨버터(821) 및 선형 증폭기(822)를 구비함으로써, 전원전압이 변경되는 것에 관계없이 최대 전력에서 뿐만 아니라 낮은 전력에서도 포락선 신호를 왜곡없이 고효율로 증폭할 수 있다.
전력 증폭기(830)는 상기와 같은 경로를 통해 출력되는 포락선신호(ENVamp)를 구동전압으로 사용하여, 무선주파수 신호(RF)를 증폭하게 되므로 전체 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있게 된다. 즉, 전력 증폭기(830)는 포락선 모듈레이터(820)와 연계하여 포락선 추적 전력 증폭기로 동작하므로 전체 효율이 떨어지는 것을 방지할 수 있게 된다.
도 10은 상기 포락선 모듈레이터(820)와 종래 기술에 의한 포락선 모듈레이터에 대한 효율을 비교 설명한 그래프이다. 여기서, '1001'은 포락선 모듈레이터(820)에서 전원전압이 연속적으로 조절된 경우 포락선 모듈레이터(820)의 효율을 나타낸 그래프이고, '1002'는 다중전원전압(V_MULTI)을 출력하는 직류-직류 컨버터를 채용한 포락선 모듈레이터(820)의 효율을 나타낸 그래프이고, '1003'은 종래 기술에 의한 포락선 모듈레이터의 효율을 나타낸 그래프이다. 도 10에서와 같이 본 발명에서 제안하는 기술을 채택한 효율인 '1001', '1002'는 종래의 효율인 '1003'보다 낮은 전력에서 포락선 모듈레이터(820)가 더 높은 효율로 동작하는 것을 알 수 있다.
도 11은 상기와 같이 동작하는 포락선 모듈레이터(820)를 전력 증폭기(830)와 연결하여 포락선 추적 전력 증폭기로 사용하는 경우의 효율을 종래 기술의 효율과 비교 설명한 그래프이다. 여기서, '1101'은 포락선 모듈레이터(820)에서 연속적으로 전원전압이 변경된 경우 전력증폭기(830)의 전체 효율을 나타낸 그래프이고, '1102'은 포락선 모듈레이터(820)에서 다중전원전압(V_MULTI)을 이용하여 포락선 신호를 증폭하는 경우 전력증폭기(830)의 전체 효율을 나타낸 그래프이고, '1103'은 종래 기술에 의한 포락선 추적 전력 증폭기의 효율을 나타낸 그래프이고, '1104'는 종래 기술에서 배터리전원을 직접 전원전압으로 사용하는 포락선 추적 전력 증폭기의 효율을 나타낸 그래프이다.
본 발명에 따른 전력증폭 장치(800)는 도 11에서와 같이 배터리의 전원전압을 직접 사용하는 통상의 전력증폭 장치에 비하여 전체 출력 전력 영역에 대하여 높은 효율을 가지고 있음을 알 수 있다. 또한, 상기 설명에서와 같이 본 발명에 따른 전력증폭 장치(800)는 선형 증폭기(822)의 전원전압으로 한 레벨의 전원전압을 사용하는 것이 아니라 입력되는 포락선 신호의 레벨에 따라 다중전원전압(V_MULTI) 중에서 최적화된 해당 레벨의 전원전압을 사용하여 포락선 신호를 증폭하므로 통상의 포락선 추적 전력증폭 장치에 비하여 저전력에서 효율이 향상된 것을 확인할 수 있다. 이와 같은 원리에 따라 선형 증폭기(822)의 전원전압을 연속적으로 조절(변경)하는 경우 도 11에서와 같이 효율이 향상될 것으로 예측할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
800 : 전력증폭 장치 810 : 신호 생성기
811 : 포락선 생성기 및 IQ 모듈레이터 812 : 다중레벨전원전압 조절기
813 : 포락선신호 조절기 814 : 믹서
815 : 타이밍 조절기 820 : 포락선 모듈레이터
821 : 직류-직류 컨버터 822 : 선형 증폭기
823 : 선형 전류감지기 824 : 스위치 증폭기
830 : 전력 증폭기

Claims (11)

  1. 외부로부터 공급되는 I,Q신호를 근거로 전원전압의 레벨을 조절하기 위한 전원전압조절신호, 포락선신호 및 무선주파수 신호를 생성하여 출력하는 신호 생성기;
    배터리전원전압을 이용하여 상기 전원전압조절신호에 따른 해당 레벨의 다중전원전압을 생성하고, 상기 다중전원전압으로 상기 포락선신호를 선형증폭하여 증폭된 형태의 포락선신호를 출력하는 포락선 모듈레이터; 및
    상기 증폭된 형태의 포락선신호를 이용하여 상기 무선주파수 신호를 증폭하는 전력 증폭기를 포함하되,
    상기 신호 생성기는
    상기 I,Q신호를 공급받아 상기 포락선신호와 변조된 형태의 신호를 출력하는 포락선 생성기 및 IQ 모듈레이터;
    상기 포락선신호의 레벨에 상응하는 상기 전원전압조절신호를 생성하는 다중레벨전원전압 조절기;
    상기 포락선 생성기 및 IQ 모듈레이터로부터 공급되는 상기 포락선신호의 레벨과 타이밍을 조절하여 출력하는 포락선신호 조절기;
    상기 포락선 생성기 및 IQ 모듈레이터로부터 공급되는 상기 변조된 형태의 신호성분에 국부발진신호를 혼합하여 그에 따른 초고주파의 무선주파수 신호를 출력하는 믹서; 및
    상기 초고주파의 무선주파수 신호의 타이밍을 조절하여 상기 무선주파수신호를 출력하는 타이밍 조절기를 포함하고,
    상기 포락선 모듈레이터는
    상기 배터리전원전압을 이용하여 다중 레벨의 다중전원전압을 생성하되, 상기 전원전압조절신호에 따른 해당 레벨의 다중전원전압을 생성하는 직류-직류 컨버터; 및
    피드백 경로를 통하여 상기 포락선신호를 선형 증폭하되, 상기 포락선신호에 따라 상기 다중전원전압 중에서 해당 레벨의 다중전원전압을 사용하여 상기 포락선신호를 선형증폭하는 선형 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 레벨의 전원전압을 이용한 포락선 추적 전력증폭 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 전원전압조절신호는
    상기 포락선신호의 레벨에 대응하여 상기 포락선 모듈레이터에 적합한 레벨의 상기 다중전원전압이 공급되도록 하기 위한 신호인 것을 특징으로 하는 다중 레벨의 전원전압을 이용한 포락선 추적 전력증폭 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 다중레벨전원전압 조절기는
    상기 전원전압조절신호를 서로 다른 레벨로 적어도 2개 이상 출력하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 다중 레벨의 전원전압을 이용한 포락선 추적 전력증폭 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 직류-직류 컨버터는
    상기 다중전원전압을 생성할 때 가장 높은 다중전원전압의 레벨은 상기 포락선신호의 레벨보다 높고, 가장 낮은 다중전원전압의 레벨은 상기 선형 증폭기의 동작에 왜곡을 유발시키지 않는 범위가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 다중 레벨 의 전원전압을 이용한 포락선 추적 전력증폭 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 포락선 모듈레이터는
    상기 선형 증폭기에서 출력되는 선형전류의 크기와 방향을 감지하여 그에 따른 전류감지신호를 출력하는 선형 전류 감지기; 및
    상기 전류감지신호에 따라 스위칭 동작하여 그에 따른 스위칭 전류를 출력하는 스위치 증폭기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 레벨의 전원전압을 이용한 포락선 추적 전력증폭 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 스위치 증폭기는
    상기 배터리전원전압을 구동전원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 다중 레벨의 전원전압을 이용한 포락선 추적 전력증폭 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 포락선 모듈레이터는
    상기 선형전류와 상기 스위칭 전류의 합산된 전류를 근거로 상기 증폭된 형태의 포락선신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 다중 레벨의 전원전압을 이용한 포락선 추적 전력증폭 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 선형 증폭기는
    상기 스위치 증폭기에서 증폭시키지 못하고 남은 대역의 주파수의 신호를 증폭하는 것을 특징으로 하는 다중 레벨의 전원전압을 이용한 포락선 추적 전력증폭 장치.
  11. 제7항에 있어서, 상기 선형 증폭기는
    상기 전원전압이 변화되는 것에 관계없이 상기 포락선신호를 왜곡 없이 증폭하는 것을 특징으로 하는 다중 레벨의 전원전압을 이용한 포락선 추적 전력증폭 장치.
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