KR101878875B1

KR101878875B1 - 통신 기기에서 송신기의 켈리브레이션을 위한 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101878875B1
Application number: KR1020110142209A
Authority: KR
Inventors: 전시범; 강인엽; 김민구; 박창준; 최원석
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2011-12-26
Publication date: 2018-07-17
Also published as: WO2013100268A1; KR20130074240A; EP2798745A1; US20130163695A1; EP2798745B1; US8787847B2; EP2798745A4

Abstract

본 발명은 SAW(Surface Acoustic Wave) 필터 없는 송신기의 켈리브레이션에 대한 것으로, 통신 장치는, RF(Radio Frequency) 회로의 공진 주파수가 송신 동작 주파수와 불일치되게 하는 디튜닝(detuning) 신호를 출력하는 켈리브레이션 유닛과, 상기 디튜닝 신호에 따라 공진 주파수를 변경하고, 상기 공진 주파수 및 송신 동작 주파수가 일치한 경우보다 상대적으로 낮은 전력의 송신 신호 및 대역 외 잡음을 출력하는 RF 회로를 포함한다.

Description

통신 기기에서 송신기의 켈리브레이션을 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR CLIBRATION OF TRANSMITTER IN COMMUNICATION DEVICE}

본 발명은 송신기의 켈리브레이션(calibration)에 관한 것이다.

FDD(Frequency Division Duplex) 방식의 송수신기의 경우, 송신기의 RF(Radio Frequency) 회로에서 발생되는 잡음은 송수신 성능에 영향을 미친다. 송신기에서 발생하는 잡음 중 대역 외 잡음(Out-of-Band Noise), 특히, 수신 대역(Receive band) 내에 위치하게 되는 잡음은 수신기의 잡음 플로어(Noise Floor)를 상승시키며, 이는 수신기 감도(Sensitivity)의 열화를 초래한다. 현재 휴대용 단말기에서 사용되는 송신기 RF 회로는 수신기로 영향을 주는 잡음을 제거하기 위해, RF 회로 및 PAM(Power Amplifier Module) 사이에 외부의 고정 주파수 SAW 필터(External Fixed Frequency Surface Acoustic Wave Filter)를 삽입함으로써, 상기 SAW 필터로 인해 상기 잡음 플로어의 상승을 억제하고, 상기 PAM 고유의 잡음 특성이 유지되도록 조치하는 것이 일반적이다. 상기 RF 회로는 RFIC(RF Integrated Circuit)라 지칭될 수 있다. 이때, 상기 PAM의 잡음 플로어는 수신기의 수신 감도 열화가 발생하지 않도록 충분히 낮게 설계됨이 바람직하다.

근래, 이동 통신 시스템에 있어서, 다양한 규격의 시스템들이 개발되고 있고, 또한 최근 개발되는 송신기 RF 회로를 통해 하나의 단말기 내에서 다양한 규격의 시스템들을 지원하도록 하기 위한 많은 노력이 이루어지고 있다. 멀티 모드(multi-mode) 및 멀티 밴드(multi-band)를 지원하는 단말기의 경우, 기존의 송신기 구조를 사용하면 지원해야 하는 주파수들에 따라 다수의 위부 고정 주파수 SAW 필터들이 구비될 것이 요구된다. 이는 결국 전체 시스템의 사이즈 및 생산 가격의 증가를 야기한다. 그러므로, 최근 단말기 제조에 있어서, 멀티 모드 및 멀티 밴드를 지원하면서 상기 외부 고정 주파수 SAW 필터들을 제거하는 기술이 중요한 이슈(issue)로 떠오르고 있다.

하지만, 송신기 RF 회로는 일종의 신호원(Signal Source)와 같은 역할을 수행하므로, 정확한 요구 규격에 맞게 구현되어야 한다. 만일, RF 회로 및 PAM 사이에 위치한 SAW 필터들을 아무런 대책 없이 제거하는 경우, 송신기 RF 회로의 대역 외 잡음이 그대로 상기 PAM으로 전달되고, 이로 인해 상기 PAM의 대역 외(Out-of-Band) 이득(Gain)에 의해 상기 잡음이 증폭되며, 상기 PAM의 출력에 잡음이 크게 나타날 것이다. 증폭된 송신기 RF 회로 잡음 크기는 PAM 고유의 출력 잡음(Output Noise)의 크기를 크게 압도하게 되므로, 수신기의 잡음 플로어 상승에 의한 수신 감도 열화는 여전히 큰 문제로 남는다.

상술한 바와 같이, SAW 필터들을 제거하여 장치의 크기 및 생산 비용을 절감하려는 요구가 존재하나, 상기 SAW 필터들을 제거하면 송신기의 대역 외 잡음이 크게 증가하는 문제가 있다. 따라서, 상기 대역 외 잡음을 효과적으로 제거하기 위한 대안이 제시되어야 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 통신 기기에서 SAW 필터 없음으로 인해 발생하는 잡음을 억제하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 SAW 필터 없는(SAW-less) 통신 기기의 송신기에서 잡음을 고려한 켈리브레이션을 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 SAW 필터 없는 통신 기기의 송신부에서 잡음 및 출력 전력을 고려한 켈리브레이션을 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 통신 기기의 송신부에서 잡음의 추가 없이 출력 전력을 감쇄하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 통신 기기의 송신부에서 저항 회로 없이 출력 전력을 감쇄하기 위한 장치 및 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1견지에 따르면, 통신 장치는, RF(Radio Frequency) 회로의 공진 주파수가 송신 동작 주파수와 불일치되게 하는 디튜닝(detuning) 신호를 출력하는 켈리브레이션 유닛과, 상기 디튜닝 신호에 따라 공진 주파수를 변경하고, 상기 공진 주파수 및 송신 동작 주파수가 일치한 경우보다 상대적으로 낮은 전력의 송신 신호 및 대역 외 잡음을 출력하는 RF 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1견지에 따르면, 통신 기기의 켈리브레이션 방법은, RF 회로의 공진 주파수가 송신 동작 주파수와 불일치되게 하는 디튜닝 신호를 출력하는 과정과, 상기 디튜닝 신호에 따라 공진 주파수를 변경하는 과정과, 상기 공진 주파수 및 송신 동작 주파수가 일치한 경우보다 상대적으로 낮은 전력의 송신 신호 및 대역 외 잡음을 출력하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

통신 기기에서 RF(Radio Frequency) 회로의 공진 주파수를 변경하는 디튜닝(detuning)을 통해 송신기 RF 회로의 잡음 플로어의 상승을 최대한 억제하면서 출력 전력을 목표에 근접시킬 수 있다. 즉, 본 발명은 송신기 RF 회로 전체의 CNR(Carrier to Niose Ratio)을 최대화하기 위해서는 내부 노드(Node)의 전압 스윙(voltage swing)을 최대화하고, 출력 전력은 잡음 플로어의 상승을 최소화할 수 있는 감쇄 방식을 이용하여 구현한다. 이에 따라, 상기 RF 회로의 출력을 송신 대역으로 필터링하는 SAW(Surface Acoustic Wave) 필터 없는 송신기가 구현될 수 있고, 이로 인해, 송신기의 크기 및 생산 비용을 크게 절감할 수 있다..

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 디튜닝에 의한 전력 변화를 도시하는 도면,
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 기기에서 디튜닝 절차를 도시하는 도면,
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 기기에서 송신기의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 기기에서 RF(Radio Frequency) 회로의 블록 구성을 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 기기에서 송신기의 켈리브레이션 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 SAW 필터(Surface Acoustic Wave filter) 없는 송신기를 위한 켈리브레이션(calibration)을 수행하기 위한 기술에 대해 설명한다. 다시 말해, 본 발명은 휴대용 단말기 상에서 RF(Radio Frequency) 회로의 출력과 외장 PAM 사이에 존재하는 고정 주파수 SAW 필터(fixed frequency Surface Acoustic Wave filter filter)를 제거한 후에도 통신 규격에서 요구하는 엄격한 잡음 요건(noise requirement)을 만족할 수 있도록 송신기 RF 회로의 잡음(noise) 및 출력 전력(output power)을 동시에 켈리브레이션하기 위한 기술에 대해 설명한다.

잡음에 대한 대책을 별도로 수립하지 않고 개발된 RF 회로의 경우, SAW 필터를 제거한 상태에서의 수신 감도 열화 수준은 약 10dB 정도에 이를 수 있다. 일반적으로, 10dB 정도의 수신 감도 열화는 기본적인 통신 규격을 전혀 만족할 수 없는 정도이다. 송신기 RF 회로의 구현에 있어서, 회로 설계 자체만큼 반도체 공정(Process), 동작 전압 및 온도 변화(Process, Voltage, Temperature variation)에 따른 켈리브레이션(calibration) 방안이 중요하며, 본 발명이 고려하는 SAW 필터 없는(SAW-less) 송신기의 경우 그 중요성은 더욱 크다. 상기 RF 회로는 RFIC로 지칭될 수 있다.

상기 SAW 필터를 구비함을 전제로 하는 기존의 송신기를 위한 켈리브레이션의 경우, 주로 출력 전력(output power)에 대한 켈리브레이션이 강조되었다. 종래의 켈리브레이션의 대상이 되는 송신기의 구성은 RF 회로, SAW 필터, PAM이 연결된 구조를 가지며, 켈리브레이션 유닛(Calibration Unit)으로부터 제공되는 출력 전력 보정을 위한 제어 신호를 통하여 RF 회로의 출력 전력이 조정된다. 상기 SAW 필터의 적용이 전제되므로, 상기 RF 회로에서 발생하는 잡음에 대한 관리는 이루어지지 아니하였다. 따라서, SAW 필터를 전제로 하는 종래의 켈리브레이션은 SAW 필터의 제거를 전제로 하는 송신기에는 부적합하다.

SAW 필터 없는 송신기의 경우, 상기 SAW 필터가 제거되어야 하므로, 켈리브레이션 과정이 완료된 후, 출력 전력과 출력 잡음이 동시에 만족시킬 수 있는 켈리브레이션 기법이 필요하다. 본 발명은 송신기 RF 회로에서 SAW 필터를 제거하면서도 이동 통신 시스템의 요구 사항을 만족할 수 있는 켈리브레이션 기법을 제시한다. 상기 SAW 필터를 제거하기 위해서, 상기 SAW 필터를 사용하지 않은 상태에서도 수신 대역 내의 잡음 레벨이 상승하지 아니하여야 한다.

본 발명은 종래 기술과는 달리 SAW 필터를 사용하지 않는 송신기 RF 회로를 대상으로 한다는 특징을 가진다. 또한, 본 발명은 켈리브레이션 유닛으로부터 RF 회로에 입력되는 출력 전력 보정 신호 이외에 새로이 정의되는 절차로서 대역 외(Out-of-Band) 잡음 추정이라는 신호를 추정하는 특징을 가진다. 즉, PAM에 입력되는 RF 회로 출력 신호의 잡음 플로어(noise floor)를 예상하여 이를 능동적으로 제어하는 기능이 포함된다. 또한, 본 발명은 상기 대역 외의 잡음 플로어를 낮추기 위하여 RF 회로 내부의 동작점을 인위적으로 이동시키는 의도적 디튜닝(Intentional Detuning) 절차를 수행하는 특징을 가진다. 이에 따라, 상기 켈리브레이션 유닛은 의도적 디튜닝을 위한 제어 신호를 출력한다. 상기 의도적 디튜닝은 송신기 RF 회로의 최종 출력을 감쇄(Attenuation)시킴으로써 신호의 세기뿐만 아니라 신호에 포함된 잡음 플로어 또한 낮춘다. 상술한 특징들을 통해, 본 발명은 출력 전력 및 출력 잡음을 동시에 관리하면서 켈리브레이션을 수행하며, 이는 'SNPC(Simultaneous Noise and output Power Calibration)'로 지칭될 수 있다.

본 발명의 켈리브레이션의 목적은 송신기 RF 회로의 잡음 상승을 최대한 억제하면서 출력 전력을 목표치에 근접시키는 것이다. 본 발명은 궁극적으로 SAW 필터 없는 송신기 전체의 CINR(Carrier to Interference and Noise Ratio)을 최대화하기 위한 과정이므로, 회로 내부 노드(node)의 전압 스윙(Voltage Swing)을 최대화하고 출력 전력의 목표치는 출력 잡음 플로어 상승을 최소화할 수 있는 감쇄(Attenuation) 방식을 이용하여 구현된다. 이를 위해, 본 발명은 공진 주파수(Resonance Frequency)에 대한 의도적 디튜닝을 제안한다.

일반적으로, 송신 대역에서 최대 전력이 발휘되도록, 공진 주파수는 동작 주파수, 즉, 송신 대역의 중심에 위치하도록 설정된다. 그러나, 상기 의도적 디튜닝은 공진 주파수를 동작 주파수의 중심에 설정하지 아니하고 의도적으로 어긋나게 한다. 상기 의도적 디튜닝으로 인해, 기존의 저항을 이용한 감쇄 방식에 비하여 출력 잡음의 증가가 억제될 수 있으며, 나아가 잡음 전력(power)의 감소도 수반되므로, 상술한 의도적 디튜닝은 SAW 필터 없는 송신기의 구현에 매우 적합하다. 예를 들어, 상기 의도적 디튜닝에 의해 제어되는 공진 주파수는 BALUN(Balance/Unbalance)의 공진 주파수일 수 있다. 상기 BALUN은 정합 트랜스포머(matching transformer)로 지칭될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 디튜닝에 의한 전력 변화를 도시하고 있다. 상기 도 1에서, 점A는 디튜닝 전 공진 주파수가 동작 대역 내에 위치한 상태를 나타내고, 점B는 디튜닝을 통해 공진 주파수가 변경된 상태로서, 전력의 목표치이다. 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 공진 주파수를 수신 대역의 반대 방향으로 이동시킴으로써, 송신 대역에서의 전력이 낮아진다. 또한, 수신 대역에서 발생하는 대역 외 잡음이 낮아진다. 이때, 저항 회로를 이용하여 감쇄를 하였다면, 상기 송신 대역에서 전력의 감소량 및 상기 수신 대역에서의 잡음 감소량은 동일할 것이며, 저항 회로로 인한 잡음이 추가될 것이다. 그러나, 저항 회로를 이용하지 아니하고 공진 주파수를 변경한 결과, 저항 회로로 인한 잡음의 추가는 없으며, 상기 송신 대역에서 전력의 감소량보다 상기 수신 대역에서의 잡음 감소량이 더 크다. 상기 도 1과 달리, 상기 수신 대역이 상기 송신 대역보다 낮은 경우, 공진 주파수는 송신 대역의 중심 주파수보다 높게 변경될 수 있다.

상기 도 1과 같이, 송신 대역에서의 출력이 낮아지므로, 실제 RF 회로의 최대 출력은 상기 점A 및 상기 점B의 차이를 고려하여 이득에 대한 여유(margin)를 가져야 한다. 즉, 상기 RF 회로는 발생 가능한 모든 PVT(Process, Voltage, Temperature) 조건 중에서 최소의 이득에 해당하는 최악의(Worst Case) 조건에서 이득에 대한 여유를 갖도록 설계됨이 바람직하다.

상기 RF 회로의 출력은 상기 RF 회로 내에 구비된 PPA(Pre-Power Amplifier)의 출력일 수 있다. SAW 필터 없는 송신기의 구현을 위해서, 상기 PPA의 이전의 단계에서 최대(Maximum) 전압 스윙을 구현하여 최대의 CINR을 유지하므로, 송신기의 이득이 부족할 경우, 상기 PPA 입력 신호의 증폭을 이용하여 부족한 이득을 보상할 수는 없다. 따라서, 상기 PPA는 발생 가능한 모든 PVT(Process, Voltage, Temperature) 조건 중에서 최소의 이득에 해당하는 최악의(Worst Case) 조건에서 이득에 대한 여유를 갖도록 설계됨이 바람직하다. 예를 들어, 상기 최악의 조건은 SS 공정(prosess), +100도 조건이다. 상기 SS 공정 조건의 경우, 다른 공정 조건 대비, MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)의 문턱 전압의 증가로 인하여 클래스(Class) AB 모드로 동작하는 PPA의 바이어스(bias) 조건에서 이득 오버슈트(Overshoot) 현상이 발생할 수 있다. 또한, FF 공정의 경우, 상기 MOSFET의 문턱 전압의 감소로 이득이 증가하는 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 이득 오버슈트가 발생하지 않는 동작 조건을 기준으로 바이어스 전류의 조절함이 요구된다. 상기 SS 공정 조건에서 이득 오버슈트를 방지하기 위해 바이어스 전류를 증가시키면, 이득이 증가하게 되므로, FF 공정 조건에서 오버슈트에 의한 PPA의 이득 변화 폭이 감소하게 되는 이점이 있다. 최악의 조건에서 설계된 경우, 출력 전력은 켈리브레이션 목표치인 상기 도 1의 상기 점B보다 큰 상기 점A일 수 있다. 상기 점A에서 상기 점B로의 출력 변경은 상술한 디튜닝에 의해 이루어진다.

SAW 필터 없는 송신기의 관점에서 수신 주파수 영역에서의 출력 잡음이 중요하므로, 수신 대역의 이득이 추가적으로 감소되는 상술한 의도적 디튜닝이 출력 잡음의 억제에 효과적이다. 단, BALUN 공진기(resonator)의 Q-팩터(Q-factor)가 클 경우에는 이득 평탄도(gain flatness)가 나빠질 수 있으므로, 선-강조(pre-emphasis) 등을 통한 보상이 필요하다. 즉, 상기 의도적 디튜닝에 따른 이득 평탄도의 보상이 필요할 수 있다는 단점이 존재하지만, 상기 단점은 디지털 선-강조(digital pre-emphasis) 등의 수단을 통해 극복 가능하다.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 디튜닝 절차를 도시하고 있다.

상기 도 2를 참고하면, 켈리브레이션 유닛은 201단계에서 동작 주파수에서의 최대 출력 전력을 목표치 보다 크게 설정한다. 이를 위해, 송신기의 RF 회로는 최악의 조건에서 출력 전력 및 잡음이 요구 규격을 만족하도록 설계되어야 한다. 즉, 상기 켈리브레이션 유닛은 상기 RF 회로의 출력 전력이 최대화되도록 상기 RF 회로를 제어한다. 예를 들어, 상기 켈리브레이션 유닛은 상기 송신기 내의 DAC(Digital to Ananlog Convertor)로 출력 스윙(output swing)이 최대화되는 입력 코드(input code)를 공급하고, BBA(BaseBand Amplifier)의 전압 스윙(voltage swing)을 최대화하고, 믹서(mixer) 및 PPA의 선형성 조건(linearity condition)을 최대화한다. 그리고, 상기 켈리브레이션 유닛은 송신 회로의 공진 주파수를 상기 동작 주파수와 일치하도록 조절한다.

이후, 상기 켈리브레이션 유닛은 203단계로 진행하여 송신 회로의 공진 주파수를 동작 주파수와 달라지도록 변경한다. 상기 송신 회로는 가변 리액턴스(reactance) 소자를 포함하며, 상기 켈리브레이션 유닛은 상기 소자의 리액턴스 값을 조절함으로써 상기 공진 주파수를 변경할 수 있다. 즉, 상기 켈리브레이션 유닛에서 출력되는 디튜닝 신호는 상기 RF 회로에 구비된 가변 리액턴스 소자의 리액턴스 값을 제어하는 신호를 포함한다. 여기서, 상기 리액턴스는 인덕턴스(inductance) 및 캐패시턴스(capacitance) 중 적어도 하나를 포함한다. 이때, 수신 대역이 송신 대역보다 높은 경우, 상기 켈리브레이션 유닛은 상기 공진 주파수를 더 낮은 주파수로 변경한다. 반면, 수신 대역이 송신 대역보다 낮은 경우, 상기 켈리브레이션 유닛은 상기 공진 주파수를 더 높은 주파수로 변경한다.

이어, 상기 켈리브레이션 유닛은 205단계로 진행하여 출력 전력 및 대역 외 잡음이 기준을 만족하는지 판단한다. 즉, 상기 송신 회로의 공진 주파수를 변경한 결과, 상기 동작 주파수에서의 최대 출력 전력이 감소하고, 또한, 상기 수신 대역에서의 대역 외 잡음이 감소한다. 따라서, 상기 켈리브레이션 유닛은 미리 정의된 기준을 만족할 만큼 상기 출력 전력 및 대역 외 잡음이 감소하였는지 판단한다. 만일, 상기 기준을 만족하지 못하면, 상기 켈리브레이션 유닛은 상기 203단계로 되돌아가, 상기 공진 주파수를 다시 변경한다.

본 발명의 켈리브레이션을 적용하기 위한 전제 조건은 믹서(mixer) 및 PPA가 RF 회로 동작 상 최악의 조건에서, 출력 잡음과 출력 전력이 요구 규격을 만족하도록 설계되는 것이다. 이때, 본 발명의 실시 예에 따라, 상술한 의도적 디튜닝을 통하여 전력 및 잡음을 감쇄하는 방식으로 출력 전력의 목표치를 조절함으로써, SAW 필터 없는 송신기가 구현될 수 있다.

본 발명에서 예시한 송신기의 구성은 도 1에서 보인 것처럼, DAC(Digital-to-Analog Converter)와 LPF(Low Pass Filter)를 제외하면 단순히 믹서, PPA 그리고 BALUN의 종속 접속 형태로 표현할 수 있다. SAW 필터 없는 송신기 관점에서의 최악의 조건은 출력 잡음의 증가를 일으키지 않고 출력 전력 켈리브레이션이 가능한 조건 하에서 결정되어야 믹서와 PPA의 전압 이득(gain)이 가장 낮게 나오는 PVT(Process, Voltage, Temperature) 조건이 된다. 송신기 RF 회로 내부의 Building Block의 Simulation 결과를 바탕으로 할 때, 믹서와 PPA의 이득 특성이 반대로 나오는 경우는 존재하지 않으며 PVT 변화에 대해 동일한 이득 변화 특성을 가진다. 따라서 잡음 특성 관점에서의 송신기 체인(Chain)의 최악의 경우 는 명백히 SS, +100도 조건이다. 이 조건에서 설계된 믹서와 PPA가 Cascaded 출력 전력과 Cascaded 출력 잡음 조건을 만족한다면 모든 PVT(Process, Voltage, Temperature) 조건에 대해서 설계 상의 마진이 존재하는 것이며 의도적 디튜닝 방법을 적용한 켈리브레이션의 적용으로 SAW 필터 없는 송신기를 구현할 수 있음을 의미한다.

본 발명에서 제시하는 본 발명의 켈리브레이션은 앞 절에서 언급한 바와 같이, 기본적으로 BALUN의 의도적 디튜닝을 포함한다. 상기 의도적 디튜닝은 모든 PVT(Process, Voltage, Temperature) 조건에서 송신기 RF 회로가 출력 잡음의 증가를 동반하지 않는 감쇄 방식으로 조절한다. 이를 위해, 송신기 RF 회로의 최종 출력단에서만 의도적 디튜닝을 적용하고, 그 이전 단에서 신호(Signal)의 전압 스윙은, CINR이 열화 되지 아니하는 범위에서, 최대화되어야 한다. 따라서, 믹서의 입출력뿐만 아니라, BBA(Baseband Analog), LPF(Low Pass Filter), DAC (Digital-to-Analog Converter)의 출력단에서의 전압 스윙을 최대화해야 의도적 디튜닝을 위한 동적 범위(Dynamic range)의 확보가 가능하므로, 가능한 한 큰 믹서의 선형성 확보가 요구된다. 예를 들어, 전압 모드 25% 듀티 사이클 샘플링 믹서(Voltage-mode 25%-Duty-cycle Sampling Mixer)는 상술한 조건에 대해 최적의 특성을 가진다. 즉, 상기 전압 모드 25% 듀티 사이클 샘플링 믹서는 단순한 회로 구조를 가지므로, PVT(Process, Voltage, Temperature) 조건에 따른 전환(Conversion) 이득의 변화가 작고, 높은 선형성 확보가 유리하다. 그러나, 믹서 회로 자체는 회로 외부에서 직접적인 측정이 불가능한 송신기 내부에 위치하고 있기 때문에, 외부에서의 직접적인 접근을 통한 켈리브레이션이 불가능하다. 따라서, 믹서 회로 설계의 주안점은 PVT(Process, Voltage, Temperature) 조건 변화에 대하여 최대한 강건하게 선형성을 유지하는 것이다. 그러나, 믹서의 PVT(Process, Voltage, Temperature) 조건에 따른 특성 변화는 일정 부분 불가피하며, 믹서의 최대 선형성 조건에서 PVT(Process, Voltage, Temperature) 변화에 대한 이득의 변화는 PPA 및 BALUN의 의도적 디튜닝을 통해 보완되어야 한다. 따라서, PPA 설계 조건은 PPA 이득의 최악의 조건에서 믹서의 PVT 이득 변화(variation)의 크기만큼 추가되어야 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 기기에서 송신기의 블록 구성을 도시하고 있다.

상기 도 3을 참고하면, 상기 송신기는 모뎀(310), RF회로(320), 전력증폭부(330), 복신부(duplexer)(340)를 포함하여 구성된다.

상기 모뎀(310)은 기저대역신호처리부(312) 및 켈리브레이션유닛(314)을 포함한다. 상기 기저대역신호처리부(312)는 데이터를 기저대역 신호로 변환한다. 즉, 상기 기저대역신호처리부(312)는 송신 데이터를 부호화 및 변조하여 기저대역 신호를 생성한다. OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 방식에 따르는 경우, 상기 기저대역신호처리부(312)는 IFFT(Inverse Fast Fourier Transform) 연산을 더 수행할 수 있다.

상기 켈리브레이션유닛(314)은 본 발명의 실시 예에 따른 켈리브레이션 절차를 제어한다. 즉, 상기 켈리브레이션유닛(314)는 상기 RF 회로(320)로 전력 조절 신호 및 디튜닝 신호를 제공하고, 상기 RF회로(320) 및 상기 전력증폭부(330)의 출력의 샘플링 신호를 이용하여 잡음을 측정한다. 상기 디튜닝 신호는 상기 RF 회로(320)의 공진 주파수를 조절하는 신호이다. 구체적으로, 상기 디튜닝 신호는 상기 RF 회로(320) 내의 가변 리액턴스 소자의 리액턴스 값을 조절한다.

상기 RF회로(320)는 상기 모뎀(310)에서 생성된 기저대역 신호를 아날로그 신호로 변환하고, 신호의 이득을 조절하고, RF 대역 신호로 변환한다. 또한, 상기 RF회로(320)는 밸런스드(balanced) 신호를 언밸런스드(unbalanced) 신호로 변환한다. 또한, 상기 RF회로(320)는 상기 켈리브레이션유닛(314)의 제어에 따라 캘리브레이션된다. 상기 전력증폭부(330)는 상기 RF회로(320)에서 출력되는 RF 신호의 전력을 증폭한다. 상기 복신부(340)는 송신 및 수신에 대한 복신 기능을 처리한다.

상기 RF회로(320)의 상세 구성 예는 이하 도 4와 같다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 기기에서 상기 RF회로(320)의 블록 구성을 도시하고 있다. 상기 도 4에 도시된 구성은 캘리브레이션과 관련된 블록들만을 도시하고 있으나, 상기 RF회로(320)는 상기 도 4에 도시된 블록들 외 다른 적어도 하나의 블록을 더 포함할 수 있다. 상기 도 4를 참고하면, 상기 RF회로(320)는 DAC(410), BBA(420), 오실레이터(oscillator)(430), 믹서(440), PPA(450), BALUN(460)을 포함한다. 상기 DAC(410)는 상기 모뎀(310)으로부터 제공되는 디지털 기저대역 신호를 아날로그 신호로 변환한다. 상기 BBA(420)는 기저대역 신호의 이득을, 상기 PPA(450)는 RF 신호의 이득을 조절한다. 상기 믹서(440)는 상기 오실레이터(430)에서 제공되는 주파수 신호를 이용하여 기저대역 신호에 대응되는 RF 대역 신호를 생성한다. 상기 BALUN(460)은 밸런스드(balanced) 신호를 언밸런스드(unbalanced) 신호로 변환한다. 여기서, 상기 BBA(420)의 이득, 상기 믹서(440) 및 상기 PPA(450)의 바이어스는 상기 전력 조절 신호에 따라 조절된다. 또한, 상기 BALUN(460)은 가변 리액턴스 소자를 포함하며, 상기 리액턴스 소자의 리액턴스 값은 상기 디튜닝 신호에 의해 조절되고, 이에 따라, 상기 BALUN(460)의 공진 주파수가 변경될 수 있다.

상기 켈리브레이션유닛(314)의 동작을 상세히 살펴보면 다음과 같다. 상기 켈르베리이션유닛(314)에 의한 켈리브레이션 절차는 이하 도 5와 같다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 통신 기기에서 송신기의 켈리브레이션 절차를 도시하고 있다. 상기 도 5를 참고하면, 상기 켈리브레이션유닛(314)은 501단계에서 동작 주파수에서의 출력 전력이 최대화되도록 상기 RF회로(320)의 소자들을 제어한다. 이를 위해, 상기 RF회로(320)는 최악의 조건에서 출력 전력 및 잡음이 요구 규격을 만족하도록 설계되어야 한다. 예를 들어, 상기 켈리브레이션유닛(314)은 상기 DAC(410)로 출력 스윙(output swing)이 최대화되는 입력 코드(input code)를 공급하고, 상기 BBA(420)의 전압 스윙(voltage swing)이 최대화되도록 이득을 조절하고, 상기 믹서(440) 및 상기 PPA(450)로 선형성 조건(linearity condition)이 최대화되는 바이어스(bias)를 공급한다. 그리고, 상기 켈리브레이션유닛(314)은 상기 BALUN(460)의 공진 주파수를 상기 동작 주파수와 일치하도록 조절한다.

이어, 상기 켈리브레이션유닛(314)은 503단계로 진행하여 상기 공진 주파수에 대한 디튜닝을 수행한다. 상기 503단계의 디튜닝은 대략적(Coarse) 전력 조절이라 지칭될 수 있다. 상기 디튜닝은 상기 BALUN(460)의 공진 주파수를 상기 동작 주파수와 다른 값으로 변경함을 의미한다. 즉, 상기 켈리브레이션유닛(314)은 상기 BALUN(460) 내의 가변 리액턴스 소자의 리액턴스 값을 조절함으로써, 상기 공진 주파수를 변경할 수 있다. 이때, 수신 대역이 송신 대역보다 높은 경우, 상기 켈리브레이션유닛(314)은 상기 공진 주파수를 더 낮은 주파수로 변경한다. 반면, 수신 대역이 송신 대역보다 낮은 경우, 상기 켈리브레이션유닛(314)은 상기 공진 주파수를 더 높은 주파수로 변경한다. 이에 따라, 상기 동작 주파수에서의 출력 전력이 감소하고, 동시에, 상기 수신 대역에서의 대역 외 잡음도 감소한다. 즉, 상기 RF회로(320)는 상기 공진 주파수 및 송신 동작 주파수가 일치한 경우보다 상대적으로 낮은 전력의 송신 신호 및 대역 외 잡음을 출력하게 된다.

이후, 상기 켈리브레이션유닛(314)은 505단계로 진행하여 출력 전력 및 대역 외 잡음이 제1기준을 만족하는지 판단한다. 즉, 상기 켈리브레이션유닛(314)은 상기 RF회로(320)의 출력 전력, 상기 RF회로(320)의 대역 외 잡음, 상기 전력증폭부(330)의 출력 전력 중 적어도 하나를 측정하고, 상기 출력 전력 및 상기 대역 외 잡음이 미리 정의된 제1기준을 만족할 만큼 감소하였는지 판단한다. 만일, 상기 제1기준이 만족되지 아니하면, 상기 켈리브레이션유닛(314)은 상기 503단계로 되돌아가, 상기 디튜닝을 재수행한다.

반면, 상기 제1기준이 만족되면, 상기 켈리브레이션유닛(314)은 507단계로 진행하여 상기 RF회로(320) 내 소자들의 출력을 조절한다. 상기 507단계의 출력 조절은 세밀한(fine) 전력 조절이라 지칭될 수 있다. 구체적으로, 상기 켈리브레이션유닛(314)은 상기 DAC(410)로의 입력 코드, 상기 BBA(420)의 이득 등을 조절함으로써 규격 상 요구되는 출력 전력을 정밀하게 조절한다. 상기 RF회로(320)에 LPF가 포함된 경우, 상기 LPF도 상기 세밀한 전력 조절의 대상에 포함될 수 있다. 또한, 상기 켈리브레이션유닛(314)은 상기 PPA(450)의 이득도 조절할 수 있다. 다시 말해, 상기 켈리브레이션유닛(314)은 상기 RF회로(320) 내 소자들 중 적어도 하나의 제어 값을 변경함으로써 추가적인 전력 조절을 수행한다.

이후, 상기 켈리브레이션유닛(314)은 509단계로 진행하여 출력 전력 및 대역 외 잡음이 제2기준을 만족하는지 판단한다. 즉, 상기 켈리브레이션유닛(314)은 상기 RF회로(320)의 출력 전력, 상기 RF회로(320)의 대역 외 잡음, 상기 전력증폭부(330)의 출력 전력 중 적어도 하나를 측정하고, 상기 출력 전력 및 상기 대역 외 잡음이 미리 정의된 상기 제2기준을 만족하는 범위에 포함되는지 판단한다. 만일, 상기 제2기준이 만족되지 아니하면, 상기 켈리브레이션유닛(314)은 상기 507단계로 되돌아가, 상기 출력 조절을 재수행한다.

반면, 상기 제2기준이 만족되면, 상기 켈리브레이션유닛(314)은 511단계로 진행하여 이득 단계별 오프셋(offset)을 결정한다. 구체적으로, 상기 켈리브레이션유닛(314)은 상기 BBA(410) 및 상기 PPA(440)의 이득을 단계적으로 변경하고, 이때, 각 단계에서의 출력 전력을 측정한 후, 측정된 값 및 설계 상의 요구 값 간의 차이값에 따라 각 단계의 오프셋을 결정한다. 상기 505단계의 제1조건을 만족하는 공진 주파수 값 또는 상기 공진 주파수에 대응되는 리액턴스 값, 상기 509단계의 제2조건을 만족하는 소자들의 설정 값, 상기 511단계에서 결정된 단계별 오프셋 값들은 켈리브레이션 결과로서 저장된다. 상기 켈리브레이션 결과는 LUT(Look Up Table)의 형태로 저장될 수 있다.

본 발명의 켈리브레이션의 온도 변화에 따른 켈리브레이션은 공정 및 전압(Process, Voltage) 변화와 분리하여 생각하는 것이 타당하다. 공정 및 전압은 특정 조건이 결정되면 변화하지 않는 것으로 가정할 수 있으나, 온도는 RF 회로 동작 중에도 변화할 수 있는 요소이다. 따라서, 온도 변화에 따른 켈리브레이션을 직접 수행하기 보다, 충분한 샘플을 통해 얻은 통계적으로 안정적인 온도 계수를 적용하여 온도 변화에 따라 LUT(Look-Up Table)을 교체하는 방식이 채용될 수 있다. 회로 설계의 최악의 조건 조건에서 RF 회로의 동작 최고 온도인 +100도를 가정하였으므로, 온도 변화의 경우에도 PPA의 출력 전력 켈리브레이션과정은 항상 감쇄 상태를 유지할 수 있고, 잡음 플로어의 상승은 지속적으로 억제된다.

온도 변화에 대한 대책을 보다 구체적으로 살펴 보면, 최대 온도 변화인 -40도 내지 +100도에 따른 송신기 출력 전력의 변화는 최대 3dB 수준이다. 휴대용 단말기의 실질적인 동작 온도에 해당하는 보다 현실적인 동작 온도 범위인 -20도 내지 +65도 수준의 변화를 가정하면, 성능 변화는 1dB 내지 2dB 이하 수준이 될 것이다. 이러한 정도의 변화는 회로 내부의 CINR 특성의 큰 열화 없이 DAC 및 BBA의 이득을 증가 또는 감소함으로써 정밀하게 구현될 수 있다.

정리하면, 공정 변화 및 전압 변화에 따른 비교적 큰 폭의 출력 전력 변화는 대략적(Coarse) 켈리브레이션에 해당하며, PPA/BALUN의 의도적 디튜닝을 통하여 목표치 달성을 구현하며, 온도 변화에 따른 출력 전력 변화는 세밀한(Fine) 켈리브레이션으로 DAC/BBA/필터 등의 이득 또는 진폭의 미세 조정을 통하여 정밀하게 구현될 수 있다.

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

통신 장치에 있어서,
RF(radio frequency) 회로의 공진 주파수가 송신 동작 주파수와 불일치되게 하는 디튜닝(detuning) 신호를 출력하는 켈리브레이션 유닛과,
상기 디튜닝 신호에 따라 상기 공진 주파수를 변경하고, 상기 공진 주파수 및 상기 송신 동작 주파수가 일치한 경우보다 낮은 전력의 송신 신호 및 대역 외 잡음을 출력하는 RF 회로를 포함하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 디튜닝 신호는, 상기 RF 회로에 구비된 가변 리액턴스(reactance) 소자의 리액턴스 값을 제어하는 신호를 포함하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 RF 회로는, 상기 디튜닝 신호에 따라 상기 RF 회로에 구비된 BALUN(balance/unbalance)의 공진 주파수를 변경하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 켈리브레이션 유닛은, 수신 주파수 대역이 송신 주파수 대역보다 높은 경우 상기 공진 주파수를 더 낮은 주파수로 변경시키는 디튜닝 신호를 출력하고, 상기 수신 주파수 대역이 상기 송신 주파수 대역보다 낮은 경우 상기 공진 주파수를 더 높은 주파수로 변경시키는 디튜닝 신호를 출력하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 켈리브레이션 유닛은, 상기 디튜닝 신호를 출력하기에 앞서, 상기 RF 회로의 출력 전력이 최대화되도록 상기 RF 회로를 제어하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 켈리브레이션 유닛은, 상기 디튜닝 신호를 출력하기에 앞서, 상기 송신 동작 주파수에서의 최대 출력 전력이 목표치보다 커지도록 상기 RF 회로를 제어하는 장치.
제6항에 있어서,
상기 켈리브레이션 유닛은, 상기 RF 회로 내의 DAC(digital to analog convertor)로 출력 스윙(output swing)이 최대화되는 입력 코드(input code)를 공급하고, 상기 RF 회로 내의 BBA(baseband amplifier)의 전압 스윙(voltage swing)이 최대화되도록 이득을 조절하고, 상기 RF 회로 내의 믹서(mixer) 및 PPA(pre-power amplifier)로 선형성 조건(linearity condition)이 최대화되는 바이어스(bias)를 공급하는 장치.
제1항에 있어서,
상기 켈리브레이션 유닛은, 상기 디튜닝 신호를 이용한 전력 조절을 완료한 후, 상기 RF 회로 내 소자들 중 적어도 하나의 제어 값을 변경함으로써 추가적인 전력 조절을 수행하는 장치.
제8항에 있어서,
상기 켈리브레이션 유닛은, 상기 추가적인 전력 조절을 완료한 후, 이득 단계별 오프셋(offset)을 결정하고, 상기 이득 단계별 오프셋을 포함하는 켈리브레이션 결과를 생성하는 장치.
제9항에 있어서,
상기 켈리브레이션 결과는, 상기 공진 주파수의 값, 상기 공진 주파수에 대응되는 리액턴스 값, 상기 RF 회로 내의 소자들의 설정 값, 이득 단계별 오프셋 값들 중 적어도 하나를 포함하는 장치.
제1항에 있어서,
대역 필터링되지 아니한 상기 RF 회로의 출력 신호를 증폭하는 전력 증폭부를 더 포함하는 장치.
통신 기기의 켈리브레이션 방법에 있어서,
RF(radio frequency) 회로의 공진 주파수가 송신 동작 주파수와 불일치되게 하는 디튜닝(detuning) 신호를 출력하는 과정과,
상기 디튜닝 신호에 따라 상기 공진 주파수를 변경하는 과정과,
상기 공진 주파수 및 상기 송신 동작 주파수가 일치한 경우보다 낮은 전력의 송신 신호 및 대역 외 잡음을 출력하는 과정을 포함하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 디튜닝 신호는, 상기 RF 회로에 구비된 가변 리액턴스(reactance) 소자의 리액턴스 값을 제어하는 신호를 포함하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 공진 주파수를 변경하는 과정은,
상기 디튜닝 신호에 따라 상기 RF 회로에 구비된 BALUN(balance/unbalance)의 공진 주파수를 변경하는 과정을 포함하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 디튜닝 신호를 출력하는 과정은, 수신 주파수 대역이 송신 주파수 대역보다 높은 경우 상기 공진 주파수를 더 낮은 주파수로 변경시키는 디튜닝 신호를 출력하는 과정과,
상기 수신 주파수 대역이 상기 송신 주파수 대역보다 낮은 경우 상기 공진 주파수를 더 높은 주파수로 변경시키는 디튜닝 신호를 출력하는 과정을 포함하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 디튜닝 신호를 출력하기에 앞서, 상기 RF 회로의 출력 전력이 최대화되도록 상기 RF 회로를 제어하는 과정을 더 포함하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 디튜닝 신호를 출력하기에 앞서, 상기 송신 동작 주파수에서의 최대 출력 전력이 목표치보다 커지도록 상기 RF 회로를 제어하는 과정을 더 포함하는 방법.
제17항에 있어서,
상기 송신 동작 주파수에서의 최대 출력 전력이 목표치보다 커지도록 상기 RF 회로를 제어하는 과정은,
상기 RF 회로 내의 DAC(digital to analog convertor)로 출력 스윙(output swing)이 최대화되는 입력 코드(input code)를 공급하는 과정과,
상기 RF 회로 내의 BBA(baseband amplifier)의 전압 스윙(voltage swing)이 최대화되도록 이득을 조절하는 과정과,
상기 RF 회로 내의 믹서(mixer) 및 PPA(pre-power amplifier)로 선형성 조건(linearity condition)이 최대화되는 바이어스(bias)를 공급하는 과정을 포함하는 방법.
제12항에 있어서,
상기 디튜닝 신호를 이용한 전력 조절을 완료한 후, 상기 RF 회로 내 소자들 중 적어도 하나의 제어 값을 변경함으로써 추가적인 전력 조절을 수행하는 과정을 더 포함하는 방법.
제19항에 있어서,
상기 추가적인 전력 조절을 완료한 후, 이득 단계별 오프셋(offset)을 결정하는 과정과,
상기 이득 단계별 오프셋을 포함하는 켈리브레이션 결과를 생성하는 과정을 포함하는 방법.
제20항에 있어서,
상기 켈리브레이션 결과는, 상기 공진 주파수의 값, 상기 공진 주파수에 대응되는 리액턴스 값, 상기 RF 회로 내의 소자들의 설정 값, 이득 단계별 오프셋 값들 중 적어도 하나를 포함하는 방법.
제12항에 있어서,
대역 필터링되지 아니한 상기 RF 회로의 출력 신호를 증폭하는 과정을 더 포함하는 방법.