KR101793732B1

KR101793732B1 - 조절 가능한 다중 대역 전력 증폭기 모듈을 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101793732B1
Application number: KR1020110088434A
Authority: KR
Inventors: 주 수; 브롭스톤 미가엘; 엠. 로 룹
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2010-09-02
Filing date: 2011-09-01
Publication date: 2017-11-03
Also published as: US8749307B2; US20120056677A1; KR20120024486A

Abstract

조절 가능한 다중 대역 전력 증폭기 모듈을 위한 장치 및 방법에 있어서, 장치는, 출력전력으로 신호를 출력하도록 구성된 전력 증폭기와, 상기 전력 증폭기의 바이어스 설정(bias setting)을 제어하도록 구성된 포락선 변조기(envelope modulator)와, 다수의 이미턴스(immittance) 요소들을 포함하는 조절 가능한 정합 네트워크(Tunable Matching Network: TMN)와, 동작 가능하게 상기 포락선 변조기 및 상기 TMN와 연결되는 컨트롤러를 포함하여, 상기 컨트롤러는 상기 전력 증폭기의 목표 출력 값을 확인하고, 상기 전력증폭기의 바이어스 설정을 변경하여 상기 전력증폭기의 출력전력을 제어하고, 그리고 상기 전력증폭기의 바이어스 설정에 기반하여 상기 다수의 이미턴스 요소들의 개수를 설정하도록 구성된다.

Description

조절 가능한 다중 대역 전력 증폭기 모듈을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR A TUNABLE MULTI-BAND POWER AMPLIFIER MODULE}

본 발명은 무선 망에서 신호 증폭에 관한 것으로, 특히, 무선 망에서 조절 가능한 다중 모드 및 다중 대역 전력 증폭기 모듈에 관한 것이다.

무선 핸드셋들(wireless handsets)은 점차 다양한 모드들(예 : GSM(Global System for Mobile Communications), GPRS(general packet radio service), EDGE(enhanced data rates for GSM Evolution), CDMA(code division multiple access), WCDMA(wideband CDMA), HSUPA(high-speed uplink packet access), LTE(long term evolution))로 동작하도록 요구되고 있다. 또한, 상기 무선 핸드셋들은 점차 다양한 주파수 대역들(예 : 700, 800, 900, 1700, 1800, 1900, 2100, 2600 MHz 대역들)에서 동작하도록 요구되고 있다.

다중 모드(multi-mode) 및 다중 대역(multi-band) 무선 핸드셋들은 일반적으로 각각의 동작 대역 및 모드를 위한 분리된 전용 PA(Power Amplifier) 를 포함한다. 예를 들어, 4-대역(quad-band) GSM 및 3-대역(tri-band) WCDMA 핸드셋은 대게 DCS(digital cellular service) 및 PCS(personal communications service) 대역을 커버하는 하나의 GSM 전력 증폭기, US(United States) 셀룰러 대역를 위한 하나의 WCDMA 전력 증폭기, PCS 대역을 위한 하나의 WCDMA 전력 증폭기, IMT-2000(International Mobile Telecommunications-2000)을 위한 하나의 WCDMA 전력 증폭기를 포함한다. 통상, 2개의 GSM 대역 전력 증폭기들은 하나의 단일 전력 증폭기 모듈로 묶이나(packaged), 이러한 모듈들은 일반적으로 2개의 분리된 전력 증폭 회로들, 상위 대역들을 위한 하나 및 하위 대역들을 위한 다른 하나를 포함한다. 무선 핸드셋 디자인에 있어서, 위 예와 같이 3개의 완전히 분리된 전력 증폭 회로들을 가지는 것은 현저한 크기 및 비용 증가를 유발한다.

주어진 동작 대역 또는 모드에서의 최적의 선형성 및 효율성을 이루기 위한 입/출력 정합을 최적화하기 위해, 무선 핸드셋들은 각 대역 및 모드를 위한 전용 전력 증폭기 회로들을 사용한다. 상기 증폭기 회로의 주 트랜지스터(main transistor)가 광대역이라 하더라도, 상기 증폭기 회로의 대역폭은 일반적으로 입/출력 정합 회로(input and output matching circuit)들에 의해 좁아진다. 그러므로, 수용할만한 선형성 및 효율성을 얻기 위해, 서로 다른 동작 모드 및 대역을 위해 조절되는 고정 정합 네트워크(fixed matching network)를 사용하는 전력 증폭기 회로들은 대게 무선 단말에서 사용된다. 고정 정합 네트워크들을 사용하는데 있어서, 반도체(semiconductor) 전력 트랜지스터 장치가 단말 모드 및 단말 대역에서 RF(Radio Frequency) 신호를 효과적으로 송신할 수 있다.

일부 전력 증폭기들이 유사한 대역들을 포함하는 2개의 모드들에서 동작할 수 있으나, 대게 하나의 모드 또는 서로 다른 변조 방식(modulation schemes)에 의한 2개 모두의 모두들을 위해 절충안(compromises)이 이용된다. 더욱이, GSM 시스템에서 전력 증폭기 트랜지스터가 포화 영역(saturated region)에서 동작하는데 반해 CDMA 시스템에서 트랜지스터는 연속된 시간(continuous time)에서 선형 영역(linear region)에서 동작해야 하므로, GSM 및 CDMA 모드들은 상충한다(present challenges). 상기 서로 다른 동작들은 전력 증폭기의 출력에서 매우 다른 임피던스 정합(impedance matching) 해법을 이끌어낸다. 50옴(ohm) 시스템에서 흔히 사용되는 것과 같이 고정 임피던스 시스템 설계에서, 고정 정합 네트워크는 동시에 2개 모드들 모두를 만족시킬 수 없다.

주파수 커버리지(frequency coverage)의 측면에서, 단일 전력 증폭기 회로는 일반적으로 오직 낮은 대역(예 : 800-900 MHz) 또는 높은 대역(예 : 1700-1900 MHz) 또는 UMTS(Universal Mobile Telecommunications System) 대역 (예 : 2100 MHz) 중 하나만을 커버할 수 있다. 다시 말해, 전력 증폭기 트랜지스터의 출력에서 나타나는 부하 임피던스(load impedance)는 다양한 동작 주파수들에서 상당히 다를 수 있다. 따라서, 단일 고정 매칭 네트워크는 모든 잠재적 주파수 대역들에 대하여 동시에 최적의 정합을 제공하기 위해 사용될 수 없다. 그러므로, 다중 모드/다중 대역 무선 핸드셋에서, 다중 전력 증폭기들이 요구된다.

무선 단말들의 형성요인(form factor)의 감소 및 기능성(functionality)의 증가에 대한 요구는 설치될 수 있는 전력 증폭기의 개수와 같은 프론트-엔드(front-end) 장치들에 대한 상충하는 시도(conflicting challenges)를 만들어낸다. 현재, 매우 복잡한 핸드셋 유닛들에 있어서, 넓은 공간에 대한 제약은 전력 증폭기들의 개수를 제한한다. 장치의 크기를 줄이기 위한 산업 내의 적극적인 큰 노력에도 불구하고, 핵심적인 물리장치(fundamental physics) 및 구조물(fabrication)은, 무선 핸드셋 내의 추가적 기능들의 개수에 맞춰가기 위하여, 장치 크기 감소를 저해하고 있다. 넓은 공간을 위한 추가적인 전력 증폭기 장치 비용뿐만 아니라, 각 전력 증폭기 장치들의 주변 수동 소자(peripheral passive components)들 또한 넓은 공간을 차지하고, 사용되는 전력 증폭기의 수에 비례하여 증가한다.

배터리 수명과 같은 전력 증폭기의 성능 및 효율성을 개선하기 위한 많은 해법들이 제시된 바 있다. 예를 들어, 전력 증폭기 모듈들은 EM/ET(Envelope Modulation/Envelope Tracking), 바이어스 변조(bias modulation), 디지털 왜곡(Digital Pre-distortion) 등의 기법들이 구현될 수 있다. 또한, 무선 핸드셋의 전력을 절약하고, 잠재적 간섭을 감소시키기 위하여, 무선 망은 무선 핸드셋의 전력 증폭기 출력 레벨을 조절하기 위한 폐루프(closed-loop) 전력 관리 기법을 사용한다. 상술한 모든 해법들은 전력 증폭기의 출력 특성에 따라 달라진다. 그러나, 고정된 정합 네트워크는 상술한 해법들의 완전한 활용을 저해할 수 있다.

따라서, 전력 증폭기 모듈을 개선하기 위한 기술이 제시될 필요성이 있다. 특히, 다중 전력 출력 레벨들에서 다중 대역 및 다중 모드들에 대한 증폭 능력을 가지는 전력 증폭기 모듈에 대한 필요성이 있다.

본 발명의 목적은 조절 가능한 다중 대역 전력 증폭기 모듈을 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 증폭회로에서 전력을 절약하고, 잠재적 간섭을 감소시키기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 1 견지에 따르면, 무선 네트워크에서 사용하는 신호를 증폭하기 위한 장치에 있어서, 출력전력으로 신호를 출력하도록 구성된 전력 증폭기와, 상기 전력 증폭기의 바이어스 설정(bias setting)을 제어하도록 구성된 포락선 변조기(envelope modulator)와, 다수의 이미턴스(immittance) 요소들을 포함하는 조절 가능한 정합 네트워크(Tunable Matching Network: TMN)와, 동작 가능하게 상기 포락선 변조기 및 상기 TMN와 연결되는 컨트롤러를 포함하여, 상기 컨트롤러는 상기 전력 증폭기의 목표 출력 값을 확인하고, 상기 전력증폭기의 바이어스 설정을 변경하여 상기 전력증폭기의 출력전력을 제어하고, 그리고 상기 전력증폭기의 바이어스 설정에 기반하여 상기 다수의 이미턴스 요소들의 개수를 설정하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 2 견지에 따르면, 무선 네트워크에서 사용하는 신호를 증폭하기 위한 방법에 있어서, 전력증폭기가, 출력전력으로 신호를 출력하는 과정과, 상기 전력증폭기의 목표 출력 값을 확인하는 과정과, 상기 전력증폭기의 출력전력을 제어하기 위해, 상기 전력증폭기의 바이어스 설정을 변경하는 과정과, 상기 전력증폭기의 바이어스 설정에 기반하여, 상기 전력증폭기에 연결되어 동작하는 조절 가능한 정합 네트워크(Tunable Matching Network: TMN) 내에 다수의 이미턴스 요소들의 개수를 설정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기한 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 제 3 견지에 따르면, 단말에서 신호를 증폭하기 위한 전력증폭 모듈에 있어서, 신호를 증폭하는 제1 전력증폭기와, 상기 신호를 출력전력에서 출력하는 제2 전력증폭기와, 상기 제1 전력증폭기의 출력과 상기 제2 전력증폭기의 입력에 연결되어 동작하는 제1 조절 가능한 정합 네트워크(Tunable Matching Network: TMN)와, 상기 제2 전력증폭기의 출력에 연결되어 동작하는 제2 TMN과, 상기 제2 전력증폭기를 위한 바이어스 설정을 제어하기 위한 포락선 변조기와, 상기 제2 전력증폭기의 입력과 출력 사이 경로에 위치하는 스위치와, 상기 제1 TMN과 상기 제2 TMN을 위한 상기 제2 전력증폭기의 다수 바이어스 설정을 저장하는 저장기기와, 상기 포락선 변조기, 상기 제1 TMM, 상기 제2 TMN, 상기 스위치 그리고 저장기기에 연결되어 동작하는 컨트롤러를 포함하며, 상기 컨트롤러는, 상기 제2 전력증폭기의 출력전력을 위한 목표 값을 확인하고, 상기 바이어스 설정 그리고 상기 출력전력을 위한 목표 값에 기반하여 상기 저장기기로부터 상기 제1 TMM 및 상기 제2 TMN를 위한 설정을 확인하고, 상기 바이어스 설정을 변경하여, 상기 제2 전력증폭기의 출력전력을 제어하고, 상기 바이어스 설정에 기반하여 상기 제1 TMM 및 상기 제2 TMN 내의 이미턴스 요소들의 개수를 설정하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 컨트롤러는, 상기 제2 전력증폭기의 출력전력을 위한 목표 값이 포락선 추적을 위한 값의 범위 내에 있을 시, 상기 제2 전력증폭기의 바이어스 설정을 포락선 추적으로 설정하고, 상기 포락선 변조기가, 상기 신호의 포락선을 추적하기 위해 상기 제2 전력증폭기의 공급전압을 조정하고, 상기 제2 전력증폭기의 출력전력을 위한 목표 값이 바이어스 적응(bias adaptation)을 위한 값의 범위 내에 있을 시, 상기 제2 전력증폭기의 상기 목표 평균 출력전력에 기반하여 일정 레벨로 상기 제2 전력증폭기의 공급전압을 설정하고, 상기 제2 전력증폭기의 출력전력을 위한 목표 값이 고정 바이어스 설정을 위한 값의 범위 내에 있을 시, 상기 제2 전력증폭기의 바이어스 설정을 상기 제2 전력 증폭기의 고정 임계값으로 설정하고, 상기 제2 전력 증폭기의 고정된 임계값은 적절한 신호이득 유지하기 위해 상기 제2 전력증폭기를 위한 최소 전압 값이며, 상기 제2 전력증폭기의 출력전력을 위한 목표 값이 바이패스(bypass)를 위한 값의 범위 내에 있을 시, 상기 신호가 상기 제2 전력증폭기를 우회하여 흐르도록 하는 상기 스위치를 설정한다.

본 발명은 단말기 내에서 다수의 모드와 다수의 대역 내에서 동작 가능한 PA 모듈의 시스템 구조를 서술하고 있다. 본 발명은 하나의 회로에서 다수 PA를 줄임으로써, 기판 비용 감소, 기판 공간 감소, 그리고 낮은 제조비용을 얻을 수 있다. 추가적으로, PA 모듈은 디지털 방식으로 다수의 대역과 조절스킴(modulation schemes)를 위한 프로그램이 가능하기 때문에, 본 발명의 PA 모듈은 많은 다른 형태의 단말 모델에 사용되어, 통합 플랫폼을 제공하고 그리고 생산성 향상시킬 수 있다. 본 발명의 PA 모듈은 또한 디지털 방식으로 제어되어 조절되는 정합(digitally controlled tunable matching) 그리고 실시간 피드백이 통합되어, 향상된 성능을 제공한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 단말(mobile station)을 도시하는 도면;
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 조절 가능한 전력 증폭기 모듈을 도시하는 도면;
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 조절 가능한 전력 증폭기 모듈을 위한 제어기를 도시하는 도면;
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 높은 대역 및 낮은 대역에 대한 분리된 경로들을 포함하는 조절 가능한 전력 증폭기 모듈의 구현 예를 도시하는 도면;
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 높은 대역 및 낮은 대역에 대한 분리된 경로들을 포함하는 조절 가능한 전력 증폭기 모듈의 다른 구현 예를 도시하는 도면;
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 높은 대역 및 낮은 대역에 대한 분리된 경로들을 포함하는 조절 가능한 전력 증폭기 모듈의 또 다른 구현 예를 도시하는 도면;
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 고 전력 및 저 전력을 위해 구성된 조절 가능한 전력 증폭기 모듈의 구현 예를 도시하는 도면;
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 고 전력 및 저 전력을 위해 구성된 조절 가능한 전력 증폭기 모듈의 다른 구현 예를 도시하는 도면;
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 망에서 전력 증폭기 모듈 임피던스 값을 조절하는 절차를 도시하는 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면의 참조와 함께 상세히 설명한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우, 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 본 발명은 조절 가능한 다중 대역 전력 증폭기 모듈을 위한 장치 및 방법에 관해 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 무선 단말(mobile station)을 도시하고 있다. 단말(100)은 안테나(105), PA(Power Amplifier) 모듈(107), RF 송수신기(110), 송신 처리 회로(transmit (TX) processing circuitry)(115), 마이크로폰(microphone)(120), 수신 처리 회로(receive (RX) processing circuitry)(125)를 포함한다. 또한, 단말(100)은 스피커(speaker)(130), 프로세서(processor)(140), I/O IF(input/output interface)(145), 키패드(keypad)(150), 터치스크린(touchscreen)(155), 메모리(memory)(160)를 포함한다. 메모리(160)는 기본 운영 시스템 프로세스(basic operating system process) (165), 조절 프로세스(tuning process)(170), 바이어스 설정(bias settings)(175), 정합 설정(matching settings)(180)을 포함한다. 본 발명의 예에서, 단말(100)은 무선 망을 통해 신호를 송신 및 수신할 수 있는 이동 장치일 수 있다. 예를 들어, 제한되는 것은 아니나, 단말(100)은 핸드셋, 모바일폰, PDA(portable digital assistant), 랩탑 컴퓨터(laptop computer), 타블렛 컴퓨터(tablet computer), 전자 리더(electronic reader), 다른 이동 장치(other suitable mobile device) 중 하나가 될 수 있다.

RF송수신기(110)는 기지국으로부터 단말(100)로 송신되는 수신 RF 신호를 안테나(105)를 통해 수신한다. 상기 RF 송수신기(100)는 수신 RF 신호를 IF(intermediate frequency) 대역 또는 기저대역의 신호로 하향 변환한다. 상기 IF 또는 기저대역 신호는 수신 처리 회로(125)로 제공된다. 수신 처리 회로(125)는 필터링, 양자화, 필요시 추가적 필터링, 복조, 디코딩 중 적어도 하나를 통해 기저대역 신호를 처리한다. 수신 처리 회로(125)는 처리된 기저대역 신호를 스피커(130) (예 : 음성 데이터)로 제공하거나, 추가적인 처리(예 : 웹 브라우징)를 위해 프로세서(140)로 제공한다.

송신 처리 회로(115)는 아날로그 또는 디지털 음성 데이터를 마이크로폰(120)으로부터 수신하거나, 또는, 다른 출력 기저대역 데이터(예 : 웹 데이터, 이메일, 인터렉티브 비디오 게임 데이터)를 프로세서(140)로부터 수신한다. 송신 처리 회로(115)는 출력 기저대역 데이터에 대한 인코딩, 변조, 다중화, 양자화 중 적어도 하나를 통해 처리된 기저대역 또는 IF 대역 신호를 생성한다. RF 송수신기(110)은 송신 기저대역 또는 IF 대역 신호를 송신 처리 회로(115)로부터 수신한다. RF 송수신기(110)은 기저대역 또는 IF 대역 신호를 안테나(105)를 통해 송신되는 RF 대역 신호로 상향 변환한다.

본 발명의 실시 예에 따라, 프로세서(140)는 마이크로프로세서(microprocessor) 또는 마이크로컨트롤러(microcontroller)일 수 있다. 메모리(160)은 프로세서(140)와 연결된다. 본 발명에 따라, 메모리(160)의 일부는 RAM(random access memory)을 포함하고, 나머지 일부는 플래쉬(Flash) 메모리와 같이 ROM(read-only memory)과 같이 동작하는 비휘발성(non-volatile) 메모리를 포함할 수 있다.

프로세서(140)는 단말(!00)의 전반적인 동작을 제어하기 위해 메모리(160)에 저장된 기존 운영 시스템 프로그램(165)를 실행한다. 이러한 동작의 하나로, 잘 알려진 바에 따라, 프로세서(140)은 송신 처리 회로(115), 수신 처리 회로(125), RF 송수신기(100)에 의한 역방향 채널 신호의 송신 및 순방향 채널 신호의 수신을 제어한다.

프로세서(140)는 다른 프로세스들 및 메로리(150)에 상주한 프로그램들을 실행할 수 있다. 프로세서(140)는, 실행된 프로세스에 의해 요구에 따라, 메모리(160)의 밖으로, 안으로 데이터를 이동시킬 수 있다. 또한, 프로세서(140)는 I/O IF(145)와 연결된다. I/O IF(145)는 단말(100)에게 랩탑 컴퓨터, 핸드헬드(handheld) 컴퓨터 등과 같은 다른 장치와 연결할 수 있는 능력을 제공한다. I/O IF(145)는 프로세서(140) 및 다른 주변 장치들 간의 통신 경로이다.

또한, 프로세서(140)는 키패트(150) 및 터치스크린(155)와 연결된다. 단말(100)의 사용자는 키패드(150)를 사용하여 단말(100)로 데이터를 입력할 수 있다. 터치스크린(155)은 텍스트를 표현하고, 웹사이트로부터의 적어도 하나의 그래픽을 표현할 수 있는 LCD(liquid crystal display)가 될 수 있다. 표시 수단의 다른 종류가 대체 실시 예로서 사용될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따라, 단말(100)은 PA 모듈(107)을 포함한다. PA 모듈(107)은 RF 송수신기(110)에 의해 송신되는 신호들을 증폭한다. PA 모듈(107)은 성능 파라미터들(performance parameters)을 충족시킴과 동시에 다중 모드들 및 다중 대역들에서 동작하는 능력을 가진다. 또한, PA 모듈(107)은 성능 파라미터들을 충족시킴과 동시에 서로 다른 전력 레벨들을 출력할 수 있는 능력을 가진다. PA 모듈(107)은 PA 모듈(107)의 성능 파라미터들을 충족하기 위한 임피던스 값들을 관리하는 적어도 하나의 조절 가능한 정합 네트워크(이하, Tunable Matching Network: TMN이라 칭함)들을 포함한다. 예를 들어, PA 모듈(107)은 효율 목표(efficiency target) 및 선형성 목표(linearity target), 신호의 동작 주파수(operating frequency for the signal), 바이어스 클래스(bias class), 출력 전력 레벨(output power level), 잡음 특성(noise figure), 이득 목표(gain target) 등을 만족하는 성능 파라미터들을 가질 수 있다. PA 모듈(107)에서 표현될 수 있는 구성요소들(components)의 예는 미국 특허 출원 12/2858,030(U.S. Patent Application No. 12/288,030, “Apparatus and method for an integrated multi-mode multi-band power amplifier”)에서 찾아볼 수 있다.

본 발명의 실시 예에서, 프로세서(140)는 임피던스 값들을 관리하기 위해 PA 모듈(107)의 제어 변수들(control variables)을 변경함으로써 PA 모듈(107)을 제어한다. 예를 들어, 프로세서(140)는 PA 모듈(107)에서 검출되는 값들에 기초하여 PA 모듈(107)을 제어하기 위한 조절 프로세스(170)로부터의 명령(instruction)들을 처리할 수 있다. 또한, 조절 프로세스(170)는 서로 다른 모드들, 서로 다른 동작 대역들, 서로 다른 출력 전력 레벨들로 동작하도록 PA 모듈(107)을 구성할 수 있다. 조절 프로세스(170)는 메모리(160)에 저장된 바이어스 설정(175)에 기초하여 PA 모듈(107)의 제어 변수들을 조절하고 구성할 수 있다. 바이어스 설정(175)는 출력 전력을 제어하는 PA 모듈(107)의 공급 전압(supply voltage) 값들을 포함한다.

본 실시 예에서, 조절 프로세스(170)은, 성능 파라미터를 만족하도록, PA 모듈(107)의 임피던스 값들을 관리하기 위해 정합 설정(180)을 사용한다. 정합 설정(180)은 PA 모듈(107)의 TMN의 제어 변수들을 위한 설정이다. 예를 들어, 정합 설정(180)은 바이어스 설정(175)의 각 바이어스 설정을 위한 적어도 하나의 정합 설정을 포함할 수 있다.

본 발명의 특정 실시 예를 설명하는 이하 설명은 이동 단말, 핸드셋 등에 적용될 수 있으며, 본 발명의 다양한 실시 예들은 기지국 및 중계국 등 어떤 장치에도 구현될 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 조절 가능한 전력 증폭기 모듈을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, PA 모듈(200)은 PA들(205 및 210), 컨트롤러(215), EM(Envelope Modulator)(220), TMN들(225 및 230), 바이패스 스위치(bypass switch)(235), 센서(sensor)(240), 검출 회로(detector circuit)(245), 제1인터페이스(first interface)(250), 제2인터페이스(second interface)(255)를 포함한다. PA 모듈(200)은 도 1에 도시된 PA 모듈(107)의 일 예이다.

PA 모듈(200)은 무선 망을 통하여 송신되는 신호를 증폭한다. 송신되는 신호들은 제1인터페이스(250)로 수신된다. 제1인터페이스(250)는 다수의 입력 단자들(input terminals)(260) 및 단일 폴 출력 단자(single pole output terminal)(265)를 포함한다. 예를 들어, 제1인터페이스(250)은 MEMS(Micro-Electro-Mechanical System) 기술 및 반도체 기술에 의해 가능한 SPnT(Single Pole Multi Throw) 스위치일 수 있다.

송신되는 신호들은 PA(205)에 의해 증폭된다. PA(205)는 광대역 PA이다. PA(205)는 입력 신호의 저 전력 증폭을 제공한다. PA(205)는 신호 증폭의 제1단계이다. 광대역 PA(205)는 하나의 출력 단자를 통해 저전력 증폭된 신호를 출력한다.

PA(205)로부터 출력된 신호는 TMN(225)로 수신된다. 도시된 바와 같이, TMN들(225 및 230)은 다수의 조절가능한 또는 고정의 이미턴스(immittance) 요소들을 포함한다. 예를 들어, 이미턴스 요소들은 고정된 또는 가변 캐패시터(capacitor)들, 인덕터(inductor)들, MEMS 캐패시터들 또는 스위치들, 강유전체철분(ferro-) 또는 파라(para-) 전자 캐패시터들, 절연(insulator) CMOS 스위치의 실리콘(silicon), 버렉터(varactor) 다이오드 캐패시터들 중 적어도 하나일 수 있다. 상술한 이미턴스 요소들은, 신호의 증폭 전 또는 후의 임피던스를 조절하기 위해, 상기 PA(210)와 함께 직렬 또는 병렬로 배치되어 제어 또는 스위칭될 수 있다. TMN들(225 및 230)은 임피던스 정합을 위한 다수의 제어 변수들을 가진다. 각 제어 변수들은 적어도 하나의 이미턴스 요소들의 조절 또는 스위칭을 제어한다. 상기 제어 변수들은 컨트롤러(215)에 의해 제어된다. TMN의 구성에 대한 다양한 예는 미국 특허 7,332,908(U.S. Patent No. 7,332,980, “SYSTEM AND METHOD FOR A DIGITALLY TUNABLE IMPEDANCE MATCHING NETWORK”)에서 찾아 볼 수 있다.

PA(210)은 신호의 전력 증폭의 제2단계이다. PA(210)는 신호의 고전력 증폭을 제공하도록 구성된 고전력 증폭기이다. 따라서, 최종 PA(210)의 출력은 고전력으로 증폭된 신호이다.

EM(220)은 PA(210)의 드레인(drain) 또는 콜렉터(collector) 바이어스 전압을 제어한다. 예를 들어, EM(220)은 PA(210)의 트랜지스터(미도시)의 드레인 또는 콜렉터로의 공급 전압을 수정할 수 있다. PA(210)의 드레인 또는 콜렉터 바이어스 전압을 변경함을 통해, EM(220)은 PA(210)의 출력 신호의 순시적 포락선 레벨(instantaneous envelope level)에 관련된 바이어스 전압을 최적화할 수 있다. 예를 들어, EM(220)은 송신되는 파형(waveform)의 포락선 변화를 추적하기 위해(ET(Envelope Tracking) 모드), 또는, 시변하는(time-varying) 파형의 평균 전력에 기초한 고정 전압(constant voltage)을 위해(바이어스 적응(Bias Adaptation) 모드) PA(210)의 드레인 또는 콜렉터 전압을 조절할 수 있다. 본 실시 예에서, EM(220) 또한 PA(210)로 입력되는 신호의 포락선을 추적하기 위한 포락선 추적기를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따라, EM(220)은 PA(210)로 입력되는 신호의 포락선을 추적하기 위한 공급 전압을 변조함으로써 PA(210)의 효율을 증진시킬 수 있다. 포락선 추적 동안 미리 정해진 임계치 이하의 순시적 포락선 전압이 나타나는 때, 디지털 쉐이핑 기능(digital shaping function)의 수단에 의해 구현될 수 있는, PA(210)의 드레인 또는 콜렉터 전압을 고정된 임계치 레벨로 동작시킴으로써, EM(220) 및 PA(210)의 전반적인 효율이 최적화될 수 있다. 더 낮은 동작 전력 상태의 경우, EM(220)의 효율을 최적화하기 위한 목표 평균 출력 전력에 따라 PA(210)의 드레인 또는 콜렉터 전압을 고정된 임계치 레벨로 동작시킴으로써, EM(220) 및 PA(210)의 전반적인 효율은 증대될 수 있다.

PA 모듈(200)은 검출 회로(245)를 포함한다. 검출 회로(245)는 센서(240) 내의 TMN(230)의 출력에 연결된다. 검출 회로(245)는 순방향 전력 레벨과 같은 증폭된 신호에 관련된 성능 파라미터들을 검출(예 : 센싱)하도록 구성된다. 검출 회로(245)는 PA(210)의 출력의 실시간 피드백을 제공한다. 검출 회로(245)는 컨트롤러(215)로 실시간 피드백을 제공한다.

PA 모듈(220)에 의해 증폭된 신호들은 제2인터페이스(255)로 출력된다. 본 실시 예에서, 제2인터페이스(255)는 단일 폴(pole) 입력 단자(270) 및 다수의 출력 단자들(275)를 가진다. 예를 들어, 제2인터페이스(255)는 MEMS(Micro-Electro-Mechanical System) 기술 및 반도체 기술에 의해 가능한 SPnT(Single Pole Multi Throw) 스위치일 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따라, 다중 대역 및 다중 모드들로 동작하는 동안 성능 파라미터들을 만족시키기 위해, 컨트롤러(215)는 PA 모듈(200) 내의 요소들을 제어한다. 예를 들어, 컨트롤러(215)는 EM(200), TMN들(225 및 230), 바이패스 스위치(235)가 성능 파라미터들의 목표 레벨에 도달하도록 제어한다. PA 모듈(200)이 출력 전력의 서로 다른 레벨을 가지는 신호를 출력하는 것이 바람직하다. 컨트롤러(215)는 목표 출력 전력 레벨에서의 효율 및 선형성을 최적화하기 위한 입력/출력 정합 조건 및 드레인 바이어스를 조절하기 위한 전력 관리 기법을 사용한다. 예를 들어, 출력 전압은 기지국에 근접성에 기초하여 무선 핸드셋의 전력을 절약하고, 잠재적 간섭을 감소시키기 위하여 수정될 수 있다.

목표 출력 전력 레벨에서의 선형성 및 효율을 최적화하기 위해, 컨트롤러(215)는 PA(210)의 바이어스 설정 및 TMN들(225 및 230)의 설정을 PA 모듈(200)의 성능 파라미터를 만족시키기 위해 제어할 수 있다. 예를 들어, 성능 파라미터들은 출력 전력 레벨에 기초하여 PA(210)의 바이어스 설정 및 TMN들(225 및 230)의 설정을 변경함으로써 만족될 수 있다. 이하 <표 1>은 PA 모듈(200)의 출력 전력 레벨에 따른 PA(210)의 바이어스 설정 및 TMN들(225 및 230)의 설정에 대한 예시를 나타낸다.

출력 전력 (OUTPUT POWER)	바이어스 설정 (BIAS SETTING)	정합 설정 (MATCH SETTING)
제1범위	ET 모드	ET 정합
제2범위	바이어스 적응	부하선 제어 (Load Line Control)
제3범위	고정 바이어스	부하선 제어 (Load Line Control)
제4범위	바이패스	바이패스

본 발명의 실시 예에서, 출력 전력을 위한 값의 제1범위는 높은 범위이다. 제1범위에서, 컨트롤러(215)는 EM(200)의 바이어스 설정을 PA(210)에 수신되는 신호의 포락선을 추적하도록 PA(210)로의 공급 전압을 변조한다. 포락선 추적 동안, TMN들(225 및 230)은 PA(210)로의 공급전력이 변조되고 있음에 기초하여 임피던스 정합을 수행한다. 예를 들어, ET 바이어스 상태에서, PA(210)의 효율 및 선형성은 다른 바이어스 상태와 다른 TMN 설정을 사용하여 최적화될 수 있다. 컨트롤러(215)는, PA(210)이 ET 모드에 있는 동안, 목표 성능 파라미터들을 이루기 위해 TMN들(225 및 230)의 선택된 제어 변수들을 설정한다.

ET는, 파형 포락선의 저점(trough) 동안 트랜지스터 바이어스 전압을 감소시켜서 PA(210) 내의 트랜지스터에서 소멸되는 전력의 양을 감소시킴으로써 높은 평균 전력 상태의 PA(210)의 효율을 증진시키기 위해, PA 모듈에서 사용된다. 그러나, 출력 전력이 감소함에 따라, EM(220)의 효율도 함께 감소한다. 때때로, ET 모드로의 동작은 포락선 추적이 없이 동작하는 것보다 낮은 효율을 가질 수 있다. 이에 따라, 전력 값의 제2범위에서, 컨트롤러(215)는 PA(210)의 바이어스 설정을 바이어스 적응으로, TMN들(225 및 230)을 부하선 제어로 설정한다. 바이어스 적응 동안, EM(220)은 목표 평균 출력 전압에 기초하여 공급 전압을 고정 레벨로 조절한다. 출력 전압의 원하는 레벨이 변경되면, EM(220)은 PA(210)의 공급 전압을 변경할 수 있다. 그러나, 출력 전력 레벨이 제2범위에 있는 동안, EM(220)은 ET를 위한 공급 전압을 변조하지 아니할 것이다. TMN들(225 및 230)은 PA(210)의 PA 모듈(200)의 변화하지만 변조되지 아니한 바이어스 설정을 처리하기 위해 임피던스를 위한 값들을 관리한다.

PA 모듈(200)의 출력 전력 레벨을 정합하기 위한 PA(210)의 바이어스 변화는, 트랜지스터(미도시) 이득이 현저하게 떨어지고 더 이상 충분하지 아니한 지점까지 공급 전압이 떨어지는 때까지, 효율적이다. 예를 들어, 트랜지스터는 적절한 신호 이득을 제공하기 위해 특정 최소 공급 전압을 요구할 수 있다. 이에 따라, 출력 전력의 값의 제3범위에서, PA(210)는 고정 바이어스로 동작한다. 예를 들어, 공급 전압은, 이 범위 내에서 평균 목표 출력 전압의 변화에 대한 조절 없이, 고정된 레벨의 상수로 유지될 수 있다. TMN들(225 및 230)은 PA(210)의 바이어스를 위한 고정된 임계값에 기초하여 PA 모듈(200)의 임피던스를 위한 값들을 관리한다. 이 범위 내에서, 성능 파라미터를 최적화 하기 위해, TMN들(225 및 230)의 설정은, PA(210) 트랜지스터로 최적의 부하선 상태를 나타내기 위하여, 평균 목표 전력에 기초하여 조절될 수 있다.

출력 전력 레벨이 한번 특정 값 이하로 떨어지면, 전력 증폭의 제2단계는 더 이상 필요하지 아니하다. 출력 전력이 제4범위가 되면, 컨트롤러(215)는 바이패스 스위치(235)를 닫는다(close). 닫힌 바이패스 스위치(235)에 의해, 신호들은 PA(210) 및 TMN들(225 및 230)을 바이패스한다. 바이패스 동안, PA(210) 및 TMN들(225 및 230)은 전력을 보존하기 위하여 스위치 오프될 수 있다.

예를 들어, 본 발명이 이에 제한되지는 아니하나, 바이패스 스위치(235)는 반도체 스위치(예 : GaAs, 벌크(bulk) CMOS, GaN, InGaP, SiGe, 또는 다른 반도체들) , 실리콘-온-절연체 스위치(silicon-on-insulator switch), 실리콘-온-사파이어 스위치(silicon-on-sapphire switch), 고저항 기질 스위치(high-resistivity substrate switch), 철분-전자 물질 스위치(ferro-electric material switch), 또는, MEMS(micro-electro-mechanical system) 스위치일 수 있다.

일 실시 예에 따라, 상기 <표 1>의 전압 출력 값의 제1범위는 약 27 dBm에서 약 22 dBm 사이의 전력 값들의 범위를 포함하고, 상기 <표 1>의 전압 출력 값의 제2범위는 약 22 dBm에서 약 17 dBm 사이의 전력 값들의 범위를 포함하고, 상기 <표 1>의 전압 출력 값의 제3범위는 약 17 dBm에서 약 12 dBm 사이의 전력 값들의 범위를 포함하고, 상기 <표 1>의 전압 출력 값의 제4범위는 12 dBm 이하의 전력 값들의 범위를 포함할 수 있다. 상술한 각 범위의 값들은 오직 예시일 뿐이며, 구현될 수 있는 본 발명의 다른 실시 예를 제한하는 것은 아니다. 예를 들어, 얼마든지 다른 개수의 범위들이 다른 출력 전력, 동작 모드, 동작 대역의 얼마든지 다른 개수의 조합들에 대하여 사용될 수 있다.

도시된 PA 모듈(200)은 구현될 수 있는 본 발명의 다른 실시 예를 제한하는 것은 아니다. 도시된 PA 모듈(200)에 다른 요소들이 추가되어 사용될 수 있다. 도시된 실시 예에서 일부 요소들은 불필요할 수 있다. 또한, 블록들은 기능적 요소들로서 표현된 것이다. 본 발명의 다른 실시 예에 따라, 블록들 중 적어도 하나는 결합되거나, 서로 다른 블록들로 분리될 수 있다.

예를 들어, PA(205)는 PA(205)의 임피던스 레벨을 조절하기 위한 정합 네트워크를 포함할 수 있다. 정합 네트워크는 고정적이거나 컨트롤러(215)에 의해 조절가능할 수 있다. 정합 네트워크는 PA(205)의 전단 또는 후단에 위치할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따라, 제1인터페이스(250) 및 제2인터페이스(225)는 RF 조절 가능한 프론트 엔드(front end) 모듈에 의해 대체될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 조절 가능한(tunable) 전력증폭 모듈을 컨트롤러를 도시하고 있다. 구체적인 실시 예에서, 상기 컨트롤러(300)는 도 2의 컨트롤러(215)의 구현 예이다.

제어회로(305)는 컨트롤러(300)의 피드백 제어 기능들(feedback control functions)을 제공한다. 제어회로(305)는 예를 들어, 제한없이, 일련의 유한상태기계(finite state machines), 디지털 논리 회로(digital logic circuits), 프로그램 가능한 집적회로(programmable integrated circuit), 마이크로 컨트롤러(micro-controller), 주문형 반도체(application specific IC: ASIC)일 수 있다. 구현에 있어서, 제어회로(305)는 단말(100)에서의 프로세서(140)일 수 있다. 도 1은 제어회로 블록의 내용을 나타내고 있다. 제어회로(305)는 인터페이스 변환기(315)를 통해 모뎀(310)으로부터 동작모드, 동작대역, 출력전력레벨을 확인한다. 인터페이스 변환기(315)는 모뎀(310)의 디지털 통신 포맷 혹은 프로토콜을 제어회로(305)의 포맷으로 변환한다.

제어회로(305)는 동작모드, 동작대역, 그리고 출력전력레벨에 기반하여, EM(220)과 TNM(225, 230)들에 제어설정(control settings)을 제공한다. 제어회로(305)는 출력전력레벨에 기반하여, 저장기기(320)로부터 EM(220)를 위한 바이어스 설정(bias setting)을 검색한다. 제어회로(305)는 바이어스 컨트롤러(325)를 통해 상기 바이어스 설정을 EM(220)에 제공한다. 예를 들어, 저장기기(320)는 <표 1>에 도시된 것처럼, 출력전력에 기반하여 바이어스 설정을 위한 룩업(look-up) 테이블을 포함한다. 저장기기(320)는 영구적이며 예를 들어, 읽기 전용 메모리(read-only memory), 프로그램을 개작할 수 있는 하지만 비휘발성 메모리(re-programmable but non-volatile memory(NVM)), 혹은 휘발성 메모리(volatile memory) (예: RAM(random access memory))일 수 있다. 하나의 예에서, 저장기기(320)는 단말(100) 내에 있는 메모리(160)이다. 다른 일례로, 저장기기(320)는 컨트롤러(300)용으로 한정된다.

제어회로(305)는 동작모드, 동작대역, 그리고 출력전력레벨에 기반하여, 저장기기(320)로부터 TMN(225, 230)들을 위한 정합설정(matching settings)을 검색한다. 예를 들어, 저장기기(320)는 선택 가능한 것을 포함하고 그리고 주어진 동작모드, 동작대역, 그리고 출력전력레벨에서 TMNs(225, 230) 내의 이미턴스(immittance)(임피던스와 어드미턴스의 총칭) 요소를 위한 제어변수들을 설정(settings)하는 것을 포함하는, 룩업 테이블을 포함한다. TMNs(225, 230)는 성능 파라미터를 달성하기 위해 임피던스의 값을 매칭한다. TMNs(225, 230)의 상태는 제어회로(325)에 의해 읽혀질 수 있다.

전력증폭기를 위한 임피던스를 관리하기 위한 조절 가능한 정합 네트워크(Tunable Matching Network: TMN)들을 구성하여 조절하기 위한 시스템 및 방법들은 “APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING A TUNABLE MATCHING NETWORK IN A WIRELESS NETWORK”라는 제목의 미국 특허 출원번호 3/214,892에 개진되어 있다. 그리고 상기 미국 특허는 본 발명의 양수인에 주어지고 참조로 여기에 포함된다.

제어회로(305)는 또한 인터페이스 변환기(315)를 통해 검출회로(245)로부터 성능 파라미터 그리고 출력전력에 대한 피드백을 수신한다. 제어회로(305)는 성능 파라미터와 출력전력을 충족시키기 위해, 바이어스 설정(bias settings) 그리고 TMNs(225, 230)들을 더 조절할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 고주파대역 그리고 저주파대역을 위한 개별 경로를 포함하는 조절 가능한 전력증폭기 모듈(tunable power amplifier module)을 도시하고 있다. 도 4의 구체적 구현에 있어서, PA 모듈(400)은 고주파대역 그리고 저주파대역을 위한 개별 경로를 포함하는 도 2의 PA 모듈(200)에 대한 하나의 실시 예이다.

PA 모듈(400)은 제1 경로(405)와 제2 경로(410)를 포함한다. 예를 들어, 제1 경로(405)는 저주파대역(예: 700MHz-1000MHz)에서 신호를 증폭하기 위한 것이고, 반면 제2 경로(410)은 고주파대역(예: 1700MHz-2600MHz)에서 신호를 증폭하기 위한 것이다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 고주파대역과 저주파대역을 위한 개별 경로를 포함하는 조절 가능한 전력증폭기 모듈에 대한 다른 구현을 도시하고 있다. 도 5의 구체적인 구현에서, PA 모듈(500)은 고주파대역 그리고 저주파대역을 위한 개별 경로를 포함하는 도 2의 PA 모듈(200)에 대한 하나의 실시 예이다. PA 모듈(500)은 도 4의 PA 모듈(400)과 동일하다. 하지만, PA 모듈(500)은 하나의 광대역 드라이버(PA 505) 및 제1 경로(515)와 제2 경로(520) 중 하나로 고주파대역 신호와 저주파대역 신호를 스위칭하기 위한 스위치(510)를 포함한다. PA 모듈(500)은 또한 제1 경로(515)와 제2 경로(520) 중 하나로 신호를 출력하기 위한 스위치(525)를 포함한다. 이 실시 예에서, 스위치(510)와 스위치(525)는 다이플렉서(diplexer) 혹은 SPDT(single-pole double-throw) 스위치일 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 고주파대역과 저주파대역을 위한 개별 경로를 포함하는 조절 가능한 전력증폭기 모듈의 구현을 도시하고 있다. 도6의 구체적인 실시 예에서, PA 모듈(600)은 고주파대역과 저주파대역을 위한 개별 경로를 포함하는 도 2의 PA 모듈(200)의 구현 예이다. PA 모듈(600)은 도 5의 PA 모듈(500)과 동일하다. 하지만, PA 모듈(600)은 신호 증폭의 두 번째 단계 전에 TMN(605)를 포함한다. 이 실시 예에서, 회로기판 공간은 하나의 TMN(605)를 사용함으로써 절약된다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 고출력과 저출력을 위해 구성된 조절 가능한 전력증폭기의 구현 예를 도시하고 있다. 도 7의 구체적인 구현에서, PA 모듈(700)은 고출력과 저출력을 위해 구성된 도 2의 PA 모듈(200)의 구현 예이다. 이 구체적인 구현에서, 바이패스 스위치(235)는 PA(205)와 TMN(230) 사이 경로에 위치한다. 저출력에서, 바이패스 스위치(235)는 닫힌다. 하지만, PA 모듈(700)에서, TMN(230)은 저출력 설정(low power setting)으로 신호가 이동하는 경로를 유지한다. 이 예에서, TMN(230)은 바이패스 스위치(235)가 닫힐 때, 임피던스 값과 저출력을 일치시키기 위해, PA 모듈(700)에서 이용된다. 도 7에서의 바이패스 스위치(235)의 구성은 공지된 구현들 중 하나가 적용될 수 있다. 예를 들어, PA 모듈(400), PA 모듈(500), 그리고 PA 모듈(600)은 상기 바이패스 스위치들이 닫혀질 때, 신호 경로 위에 TMN를 포함할 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 고출력과 저출력을 위해 구성된 조절 가능한 전력증폭기 모듈의 구현 예를 도시하고 있다. 도 8의 구체적인 구현에서, PA 모듈(800)은 고출력과 저출력을 위해 구성된 도 2의 PA 모듈(200)의 구현 예이다. 이 구체적인 구현에서, 바이패스 스위치(235)는 TMN(225)와 센서(240) 사이 경로에 위치한다. 저출력에서, 바이패스 스위치(235)는 닫힌다. 하지만, PA 모듈(800)에서, TMN(225)은 저출력 설정(low power setting)으로 신호가 이동하는 경로를 유지한다. 이 예에서, TMN(225)은 바이패스 스위치(235)가 닫힐 때, 임피던스 값과 저출력을 일치시키기 위해, PA 모듈(800)에서 이용된다. 도 8에서의 바이패스 스위치(235)의 구성은 공지된 구현들 중 하나가 적용될 수 있다. 예를 들어, PA 모듈(400), PA 모듈(500), 그리고 PA 모듈(600)은 상기 바이패스 스위치들이 닫혀질 때, 신호 경로 위에 TMN를 포함할 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 무선 네트워크에서 전력증폭 모듈 임피던스 값을 조정하기 위한 프로세스를 도시하고 있다. 상기 도 9에서 도시된 프로세스는 도 1의 프로세서(140)에 의해 단말(100)에서 실행될 수 있다. 상기 프로세스는 또한 도 2의 컨트롤러(215)에 의해 전력증폭 모듈(200)에 의해 실행될 수 있다.

상기 프로세스는 출력전력을 위한 목표 값(이하, 목표 출력값이라 칭한다.)을 모니터링함으로써 시작한다. 905단계에서, 상기 프로세스는 단말의 모뎀으로부터 출력값(output power value)을 획득할 것이다. 상기 출력값은 전력소비(power consumption), 전위간섭(potential interference)를 감소하고 기지국 근접에 따라 신호세기를 증가시키도록 선택되어 질 것이다.

상기 프로세스는 상기 목표 출력값이 포락선 추적(Envelope Tracking: ET) 값의 범위 내에 있는지를 결정한다(910단계). 910단계에서, 상기 출력값이 충분히 크다면, 전력절감(power savings)은 포락선 추적에 의해 실현될 수 있다. 만일 상기 프로세스가 상기 목표 출력값이 포락선 추적을 위한 값의 범위 내에 있다고 결정하면, 상기 프로세스는 바이어스 설정(bias setting)을 포락선 추적으로 설정한다(915단계). 이후, 상기 프로세스는 신호의 포락선(envelope)을 추적하기 위해, 상기 전력증폭기의 공급전압을 조절한다(920단계). 상기 프로세스는 이때 아래 논의된 950단계로 진행하다.

하지만, 만일 상기 프로세스가 목표 출력값이 포락선 추적을 위한 값의 범위 내에 없다면, 상기 프로세스는 상기 목표 출력값이 바이어스 적응(bias adaptation)을 위한 값의 범위 내에 있는지를 결정한다(925단계). 925단계에서, 포락선 추적은 가장 효과적인 주어진 출력값이 아닐 수 있다. 만일 상기 프로세스가 목표 출력값이 바이어스 적응을 위한 값의 범위 내에 있다고 결정하면, 상기 프로세스는 상기 목표 출력값을 기반으로 전력증폭기의 공급전압을 변경한다(930단계). 930단계에서, 상기 프로세스는 계속 상기 목표 출력값을 모니터링하고 상기 목표 출력값을 충족시키기 위해 전력증폭기의 공급전압을 조절한다. 이후, 상기 프로세스는 아래 논의된 950단계로 진행한다.

하지만, 만일 상기 프로세스는 상기 목표 출력값이 바이어스 적응을 위한 값의 범위 내에 없다고 결정하면, 상기 프로세스는 상기 목표 출력값이 고정 바이어스 설정(fixed bias setting)을 위한 값의 범위 내에 있는지를 결정한다(935단계). 935단계에서, 상기 목표 전력 레벨을 충족시키기 위해, 상기 전력증폭기는 고정바이어스로 유지되도록 한다. 만일 상기 프로세스가 상기 목표 출력값이 고정바이어스 설정을 위한 값의 범위 내에 있다고 결정하면, 상기 프로세스는 전력증폭기의 바이어스 설정을 고정 임계치 값으로 설정한다(940단계). 940단계에서, 상기 고정바이어스 설정은 충분한 신호이득을 전력증폭기에 공급하기 위해, 최소 공급전압이 제공될 것이다. 상기 프로세스는 아래 논의되는 950단계로 진행한다.

하지만, 만일 상기 프로세스가 상기 목표 출력값이 고정바이어스 설정을 위한 값의 범위 내에 없다고 결정한다면, 상기 프로세스는 바이어스 설정을 바이패스(bypass)로 설정한다(945). 945단계에서, 상기 출력값은 증폭을 위한 두 번째 드라이버 단계 혹은 마지막 드라이버 단계(driver stage)가 필요없을 만큼 충분히 낮다. 상기 마지막 드라이버 단계는 신호경로 밖으로 스위칭될 것이다. 상기 전력증폭기 그리고 어떤 스위치된 TMN(들)은 전력을 절감하기 위해 전원이 차단된다.

이후, 상기 프로세스는 상기 바이어스 설정을 기반으로 TMN을 설정한다(950단계). 950단계에서, 상기 TMN은 전력증폭기의 바이어스 설정을 기반으로 설정된다. 예를 들어, 상기 TMN 설정(setting)은 주어진 전력증폭기 바이어스 설정을 위한 메모리 안에 있는 룩업 테이블로부터 검색될 수 있다. 상기 프로세스는 905단계로 되돌아가서 계속 상기 목표 출력값을 모니터링한다. 예를 들어, 상기 프로세스는 임계치(threshold)가 기정의된 출력값의 범위에서 다른 기정의된 출력값의 범위까지 되는 상기 목표 출력값을 검출한다. 상기 목표 출력값이 그러한 임계치를 가질 때, 상기 프로세스는 상기 변경된 출력값에 기반하여, 바이어스 설정 그리고 TMN 설정을 변경할 것이다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

무선 네트워크에서 사용하는 신호를 증폭하기 위한 장치에 있어서,
출력 전력으로 상기 신호를 출력하도록 구성된 전력 증폭기와,
상기 전력 증폭기의 바이어스 전압(bias voltage)을 제어하도록 구성된 포락선 변조기(envelope modulator)와,
다수의 이미턴스(immittance) 요소들을 포함하는 조절 가능한 정합 네트워크(Tunable Matching Network: TMN)와,
동작 가능하게 상기 포락선 변조기 및 상기 TMN과 연결되는 컨트롤러와,
동작 가능하게 상기 컨트롤러와 연결되는 스위치를 포함하여,
상기 컨트롤러는, 상기 전력 증폭기의 목표 출력 값을 확인하고, 상기 전력 증폭기의 상기 목표 출력 값을 기초로 다수의 바이어스 설정(bias setting)으로부터 상기 전력 증폭기의 바이어스 설정을 선택하고, 상기 전력 증폭기의 바이어스 설정에 기반하여 상기 전력 증폭기의 출력 전력을 제어하고, 상기 전력 증폭기의 바이어스 설정에 기반하여 상기 다수의 이미턴스 요소들을 설정하도록 구성되고,
상기 스위치는, 연결 상태로 설정되는 경우, 상기 신호가 상기 전력 증폭기를 우회하여 흐르도록 하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 목표 출력 값이 포락선 추적을 위한 값의 범위 내에 있는 경우, 상기 전력 증폭기의 바이어스 설정을 포락선 추적 모드로 설정하고, 포락선 추적이 되는 상기 전력 증폭기의 바이어스 설정에 기반하여 상기 다수의 이미턴스 요소들을 설정하도록 구성되며,
상기 포락선 변조기는 상기 목표 출력 값이 포락선 추적을 위한 값의 범위 내에 있는 경우, 상기 신호의 포락선을 추적하기 위해 상기 전력 증폭기의 공급 전압을 조절하도록 구성되는 장치.
제1항에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 목표 출력 값이 바이어스 적응(bias adaptation)을 위한 값의 범위 내에 있는 경우, 상기 전력 증폭기의 목표 평균 출력 전력에 기반하여 일정 레벨로 상기 전력 증폭기의 공급 전압을 설정하고, 변경되는 상기 전력 증폭기의 공급 전압에 기반하여 상기 다수의 이미턴스 요소들을 설정하도록 구성되는 장치.
제1항에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 목표 출력 값이 고정 바이어스 설정을 위한 값의 범위 내에 있는 경우, 상기 전력 증폭기의 바이어스 설정을 상기 전력 증폭기의 고정 임계 값으로 설정하고,
상기 고정 임계 값이 되는 상기 전력 증폭기의 바이어스 설정에 기반하여, 상기 다수의 이미턴스 요소들을 설정하도록 구성되며,
상기 고정 임계 값은, 상기 전력 증폭기가 신호 이득을 유지하기 위한 최소 전압 값인 장치.
제1항에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 목표 출력 값이 바이패스(bypass)를 위한 값의 범위 내에 있는 경우, 상기 신호가 상기 전력 증폭기를 우회하여 흐르도록 상기 스위치를 연결 상태로 설정하고, 우회되는 상기 전력 증폭기의 바이어스 설정에 기반하여 상기 다수의 이미턴스 요소들을 설정하도록 구성되는 장치.
제1항에 있어서,
상기 컨트롤러에 연결되어 동작하는 저장기기(storage device)를 더 포함하며,
상기 저장기기는, 상기 TMN를 위한 다수의 설정을 저장하도록 구성되고, 상기 다수의 설정 중 어느 하나의 설정은 상기 전력 증폭기의 각각의 바이어스 설정을 위한 것이며,
상기 TMN은, 상기 전력 증폭기의 바이어스 설정에 기반하여 선택된 상기 다수의 설정 중 하나의 설정을 사용하여, 상기 전력 증폭기의 입력과 출력 중 하나에서 임피던스를 위한 값을 변경하도록 구성되는 장치.
제1항에 있어서,
상기 전력 증폭기의 상기 다수의 바이어스 설정에 대한 정보를 저장하도록 구성되는 저장기기(storage device)를 더 포함하며,
상기 다수의 바이어스 설정 중 어느 하나의 바이어스 설정은 상기 전력 증폭기의 출력 전력 값의 각 범위를 위한 장치.
제1항에 있어서,
상기 전력 증폭기는, 단말기의 송신기의 일부분인 장치.
제1항에 있어서,
상기 전력 증폭기는, 송신기의 일부분이고,
상기 컨트롤러는, 상기 송신기의 동작 모드에 기반하여, 상기 전력 증폭기의 출력 전력을 위한 상기 목표 출력 값을 확인하도록 구성되는 장치.
제1항에 있어서,
상기 TMN은, 상기 전력 증폭기의 출력에 연결되어 동작하는 제1 TMN이며,
상기 전력 증폭기의 출력에 연결되어 동작하는 제2 TMN을 더 포함하며,
상기 컨트롤러는,
상기 전력 증폭기의 바이어스 설정에 따라 상기 제1 TMN과 상기 제2 TMN의 설정을 변경하여, 상기 전력 증폭기의 성능 파라미터의 셋(set)을 제어하도록 구성되며,
상기 성능 파라미터의 셋은, 효율성 목표(efficiency target), 선형성 목표(linearity target), 상기 신호의 동작 주파수, 상기 전력 증폭기의 바이어스 클래스, 출력 전력 레벨, 잡음 특성, 이득 목표(gain target) 중 적어도 하나에 기반하여 선택되는 장치.
제5항에 있어서,
상기 스위치는,
반도체 스위치;
실리콘·절연체(silicon-on-insulator) 스위치;
실리콘·사파이어(silicon-on-sapphire) 스위치;
고 저항 기판(high-resistivity substrate) 스위치;
강유전체(ferro-electric material) 스위치 및
MEMS(micro-electro-mechanical system) 스위치 중 하나인 장치.
무선 네트워크에서 사용하는 신호를 증폭하기 위한 방법에 있어서,
전력 증폭기에 의해, 출력 전력으로 상기 신호를 출력하는 과정과,
상기 전력 증폭기의 목표 출력 값을 확인하는 과정과,
상기 전력 증폭기의 상기 목표 출력 값을 기초로 다수의 바이어스 설정(bias setting)으로부터 상기 전력 증폭기의 바이어스 설정을 선택하는 과정과,
상기 전력 증폭기의 바이어스 설정에 기반하여 상기 전력 증폭기의 출력 전력을 제어하는 과정과,
상기 전력 증폭기의 바이어스 설정에 기반하여, 상기 전력 증폭기에 연결되어 동작하는 조절 가능한 정합 네트워크(Tunable Matching Network: TMN) 내에 다수의 이미턴스(immittance) 요소들을 설정하는 과정과,
스위치를 이용하여, 상기 스위치가 연결 상태로 설정되는 경우, 상기 신호가 상기 전력 증폭기를 우회하여 흐르도록 하는 과정을 포함하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 목표 출력 값이 포락선 추적을 위한 값의 범위 내에 있는 경우, 상기 전력 증폭기의 바이어스 설정을 포락선 추적 모드로 설정하는 과정과,
포락선 추적이 되는 상기 전력 증폭기의 바이어스 설정에 기반하여 상기 다수의 이미턴스 요소들을 설정하는 과정과,
상기 신호의 포락선을 추적하기 위해 상기 전력 증폭기의 공급 전압을 조절하는 과정을 더 포함하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 목표 출력 값이 바이어스 적응(bias adaptation)을 위한 값의 범위 내에 있는 경우, 상기 전력 증폭기의 목표 평균 출력 전력에 기반하여 일정 레벨로 상기 전력 증폭기의 공급 전압을 설정하는 과정과,
변경되는 상기 전력 증폭기의 공급 전압에 기반하여 상기 다수의 이미턴스 요소들을 설정하는 과정을 더 포함하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 목표 출력 값이 고정 바이어스 설정을 위한 값의 범위 내에 있는 경우, 상기 전력 증폭기의 바이어스 설정을 상기 전력 증폭기의 고정 임계 값으로 설정하는 과정과,
상기 고정 임계 값이 되는 상기 전력 증폭기의 바이어스 설정에 기반하여, 상기 다수의 이미턴스 요소들을 설정하는 과정을 더 포함하며,
상기 고정 임계 값은, 상기 전력 증폭기가 신호 이득을 유지하기 위한 최소 전압 값인 방법.
제12항에 있어서,
상기 목표 출력 값이 바이패스(bypass)를 위한 값의 범위 내에 있는 경우, 상기 신호가 상기 전력 증폭기를 우회하여 흐르도록 하는 상기 스위치를 연결 상태로 설정하고, 우회되는 상기 전력 증폭기의 바이어스 설정에 기반하여 상기 다수의 이미턴스 요소들을 설정하는 과정을 더 포함하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 전력 증폭기의 바이어스 설정에 따라 상기 TMN의 설정을 변경하여, 상기 전력 증폭기의 성능 파라미터의 셋(set)을 제어하는 과정을 더 포함하며,
상기 성능 파라미터의 셋은, 효율성 목표(efficiency target), 선형성 목표(linearity target), 상기 신호의 동작 주파수, 상기 전력 증폭기의 바이어스 클래스, 출력 전력 레벨, 잡음 특성, 이득 목표(gain target) 중 적어도 하나에 기반하여, 선택되는 방법.
제12항에 있어서,
상기 전력 증폭기는, 단말기의 송신기의 일부분인 방법.
단말에서 신호를 증폭하기 위한 전력 증폭 모듈에 있어서,
상기 신호를 증폭하는 제1 전력 증폭기와,
상기 신호를 출력 전력에서 출력하는 제2 전력 증폭기와,
상기 제1 전력 증폭기의 출력과 상기 제2 전력 증폭기의 입력에 연결되어 동작하는 제1 조절 가능한 정합 네트워크(Tunable Matching Network: TMN)와,
상기 제2 전력 증폭기의 출력에 연결되어 동작하는 제2 TMN과,
상기 제2 전력 증폭기의 바이어스 설정(bias setting)을 제어하기 위한 포락선 변조기와,
상기 제2 전력 증폭기의 입력과 출력 사이 경로에 위치하는 스위치와,
상기 제1 TMN과 상기 제2 TMN을 위한 다수의 설정 및 상기 제2 전력 증폭기의 다수의 바이어스 설정을 저장하는 저장기기와,
상기 포락선 변조기, 상기 제1 TMM, 상기 제2 TMN, 상기 스위치 및 상기 저장기기에 연결되어 동작하는 컨트롤러를 포함하며,
상기 컨트롤러는,
상기 제2 전력 증폭기의 출력 전력을 위한 목표 출력 값을 확인하고,
상기 목표 출력 값에 기반하여 상기 저장기기로부터 상기 제1 TMM 및 상기 제2 TMN를 위한 설정, 및 상기 제2 전력 증폭기의 바이어스 설정을 확인하고,
상기 제2 전력 증폭기의 바이어스 설정을 변경하여, 상기 제2 전력 증폭기의 출력 전력을 제어하고,
상기 제2 전력 증폭기의 바이어스 설정에 기반하여 상기 제1 TMM 및 상기 제2 TMN의 이미턴스(immittance) 요소들을 설정하는 전력 증폭 모듈.
제19항에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 목표 출력 값이 포락선 추적을 위한 값의 범위 내에 있는 경우, 상기 제2 전력 증폭기의 바이어스 설정을 포락선 추적으로 설정하고, 상기 포락선 변조기가, 상기 신호의 포락선을 추적하기 위해 상기 제2 전력 증폭기의 공급 전압을 조정하고,
상기 목표 출력 값이 바이어스 적응(bias adaptation)을 위한 값의 범위 내에 있는 경우, 상기 제2 전력 증폭기의 목표 평균 출력 전력에 기반하여 일정 레벨로 상기 제2 전력 증폭기의 공급 전압을 설정하고,
상기 목표 출력 값이 고정 바이어스 설정을 위한 값의 범위 내에 있는 경우, 상기 제2 전력 증폭기의 바이어스 설정을 상기 제2 전력 증폭기의 고정 임계 값으로 설정하고,
상기 고정 임계 값은, 상기 제2 전력 증폭기가 신호 이득을 유지하기 위한 최소 전압 값이며,
상기 목표 출력 값이 바이패스(bypass)를 위한 값의 범위 내에 있는 경우, 상기 신호가 상기 제2 전력 증폭기를 우회하여 흐르도록 상기 스위치를 설정하는 전력 증폭 모듈.