KR102090466B1 - 오류 정정을 갖는 스위치드 모드 파워 서플라이에 대한 간섭 억제 - Google Patents

오류 정정을 갖는 스위치드 모드 파워 서플라이에 대한 간섭 억제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 인덕터(106)의 하나의 단자에 스위치드 서플라이를 제공하도록 배열된 스위치드 모드 파워 서플라이(102)에 관한 것이고, 상기 인덕터(106)의 또다른 단자는 제 2 입력에서 기준 신호(VREF)를 갖는 에러 증폭기(104)의 제 1 입력에 연결되고, 상기 에러 증폭기(104)는 제 1 및 제 2 입력들에서의 신호들간의 차에 따라 출력에서 정정된 스위치드 서플라이를 생성하고, 상기 에러 증폭기(104)의 출력과 상기 에러 증폭기(104)의 제 1 입력 사이에 피드백 경로(200)가 제공되고, 상기 에러 증폭기(104)의 피드백 경로(200) 내의 스위처(switcher) 간섭 전류를 감지하고, 출력에서 상기 스위처 간섭 전류를 줄이도록 정정된 상기 스위치드 서플라이 출력을 조정하기 위한 전기회로를 또한 포함한다.

Description

오류 정정을 갖는 스위치드 모드 파워 서플라이에 대한 간섭 억제{INTERFERENCE SUPPRESSION FOR SWITCHED MODE POWER SUPPLY WITH ERROR CORRECTION}
본 발명은 선택된 전압에서의 에러가 정정되는 스위치드 모드 파워 서플라이들(switched mode power suppies)에서 원치않는 주파수들에 대한 신호들의 감소에 관한 것이다. 본 발명은 특히 무선 주파수(RF) 증폭을 위해 사용될 수 있는 바와 같은 엔벨로프 트래킹 어플리케이션들(envelope tracking applications)을 위한 스위치드 모드 파워 서플라이들에 관한 것이지만, 이에 제한되는 것은 아니다.
주파수 도메인 듀플렉스(FDD) 시스템들은 다른 캐리어 주파수들에서 동작하는 송신기와 수신기를 갖는 트랜스시버를 포함한다. 이러한 FDD 시스템들의 간단하고 전형적인 구조가 도1에 도시되어 있다. 트랜스시버는 안테나(18)에 의해 송신될 입력 신호를 라인(2) 상에서 수신하는 송신기 블럭(6)을 포함한다. 수신기 블럭(8)은 안테나(18)에서 검파되는 신호들을 수신하고 그들을 신호 라인(4) 상에 전달한다. 송신기(6)의 출력은 라인(10) 상에서 듀플렉스 필터(14)로 전달된다. 상기 안테나(18)로부터 수신된 신호는 듀플렉스 필터(14)로 부터 라인(12) 상에서 수신기(8)로 전달된다. 상기 안테나(18)는 라인(16)을 통하여 상기 듀플렉스 필터(14)와 연결된다.
본 발명의 관련 종래기술로서, Jinsung Choi et al: ” A Polar Transmitter With CMOS Programmable Hysteretic-Controlled Hybrid Switching Supply Modulator for Multistandard Applications,”IEEE Transactions on Microwave Theory Techniques, IEEE Service Center, Piscataway, NJ, US, vol. 57, no. 7, pp. 1675-1686, July 9, 2009, XP011258456, ISSN:00189480은 폴라 송신기를 개시하고 있고, US 2008/0258831은 증폭 장치를 개시하고 있고, 또한 EP 0475835는 증폭기 회로를 개시하고 있다.
이러한 FDD 시스템에 있어서 송신기로부터의 에너지가 수신기를 방해하지 않는 것은 중요하다. 이러한 방해(blocking)는 상기 송신기의 출력측 상의 상기 듀플렉스 필터가 제한된 감쇠만을 갖기 때문에 발생할 수 있다. 상기 송신기로부터의 노이즈로 인하여, 상기 송신기의 출력측 상에서 수신기 주파수에 존재하는 어떠한 잡음도 수신기를 방해할 가능성을 갖는다.
본 발명의 목적은 스위치드 모드 파워 서플라이에 의해 생성된 노이즈를 감소하는 개선된 기술을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라서, 인덕터의 한 단자에 스위치드 서플라이를 제공하도록 배열된 스위치드 모드 파워 서플라이가 제공되고, 상기 인덕터의 또다른 단자는 제 2 입력에서 기준 신호를 갖는 에러 증폭기의 제 1 입력에 연결되고, 상기 에러 증폭기는 제 1 및 제 2 입력들에서의 신호들간의 차에 따라 출력에서 정정된 스위치드 서플라이를 생성하고, 상기 에러 증폭기의 출력과 상기 에러 증폭기의 제 1 입력 사이에 피드백 경로가 제공되고, 상기 에러 증폭기의 피드백 경로 내의 스위처(switcher) 간섭 전류를 감지하고, 출력에서 상기 스위처 간섭 전류를 줄이도록 정정된 상기 스위치드 서플라이 출력을 조정하기 위한 전기회로를 더 포함한다. 상기 전기회로는 상기 에러 증폭기의 출력과 상기 피드백 경로 사이에 커플링을 포함할 수 있다. 바람직하게 상기 전기회로는 상기 피드백 경로에서 상기 에러 증폭기의 출력 사이에 임피던스를 포함한다.
바람직한 장치에서, 엔벨로프 트래킹 파워 서플라이는 기준 신호에 따라 스위치드 서플라이 출력을 제공하도록 배열된 스위치드 모드 파워 서플라이를 포함한다. 바람직하게 상기 스위치드 모드 파워 서플라이의 출력은 인덕터의 제 1 단자와 연결된다. 상기 인덕터의 제 2 단자는 임피던스의 제 1 단자 및 에러 증폭기의 제 1 입력과 연결된다. 상기 에러 증폭기의 제 2 입력은 상기 기준 신호와 연결된다. 상기 임피던스의 제 2 단자는 상기 에러 증폭기의 출력과 연결된다. 상기 기준 신호를 더욱 가깝게 트래킹하는 상기 스위치드 모드 파워 서플라이의 출력의 정정된 버전이 상기 에러 증폭기의 출력에서 생성된다.
RF 증폭 스테이지는 바람직하게 이러한 엔벨로프 트래킹 파워 서플라이를 포함한다. 기준 신호는 증폭될 입력 신호의 엔벨로프에 따라 생성된다. 상기 에러 증폭기의 출력에 제공된 상기 정정된 스위치드 서플라이는 RF 파워 증폭기를 위한 파워 서플라이를 형성하고, RF 파워 증폭기는 그 출력에서의 입력 전압에 기초하여 증폭된 출력 전압을 생성한다.
모든 실시예들에서, 상기 인덕터는 추가의 피드백 전기회로를 통하여 상기 에러 증폭기의 입력과 연결될 수 있다. 이것은 예를들어, 상기 인덕터가 연결된 상기 에러 증폭기로의 입력이 반전 입력인지 비반전 입력인지에 의존할 수 있다.
상기 에러 증폭기는
Figure 112015012969748-pct00001
의 상호컨덕턴스를 갖는다. 바람직한 실시예에서, 상기 임피던스는
Figure 112015012969748-pct00002
의 값을 갖는다. 따라서, 간섭에 의해 야기된 상기 인덕터 내의 증가된 전류에 기인한, 에러 증폭기의 피드백 입력에서의 전압의 증가는 상기 임피던스의 존재로 인한 상기 에러 증폭기의 출력전압에서의 반대 감소에 의해 소거된다.
상기 스위치드 모드 파워 서플라이는 또한 상기 에러 증폭기의 출력과 제 1 입력 사이에 상기 피드백 경로에 연결된 레지스터(resistor), 및 상기 피드백 경로에서 상기 에러 증폭기의 제 1 입력과 출력 사이에 연결된 인덕터를 포함할 수 있다.
이러한 장치는 바람직한 2차 소거를 제공한다.
상기 임피던스는 바람직하게 리액티브 소자를 포함한다. 상기 임피던스는 인쇄 회로 기판 트랙으로서 구현될 수 있다. 상기 인쇄 회로 기판 트랙은 상기 필수적인 임피던스를 제공하기 위해서 특정 길이와 폭을 갖도록 배열될 수 있다.
본 발명은 이제 다음의 도면을 참조하여 설명된다.
도1은 전형적인 FDD 트랜스시버의 프론트엔드(front-end)를 도시한 도면.
도2는 전형적인 엔벨로프 트래킹 파워 서플라이를 도시한 도면.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 도2의 장치에 대한 개선을 도시한 도면.
도4는 도3의 개선의 구현을 도시한 도면.
도5는 도2의 장치에 대한 추가의 개선을 도시한 도면.
도6은 본 발명의 실시예에서 얻을 수 있는 전형적인 개선을 도시한 도면.
다음의 설명에서, 본 발명은 전형적인 실시예들과 구현들에 관하여 설명된다. 본 발명은 설명된 바와 같은 어떠한 장치들의 특정 세부사항에 대해서도 제한되지 않으며, 본 발명을 이해하는 목적으로 제공된다.
특히, 본 발명은 RF 파워 증폭기를 위한 엔벨로프 트래킹 파워 서플라이에서 스위치모드 파워 서플라이의 구현의 맥락에서 설명된다. 하지만, 본 발명은 엔벨로프 트래킹 파워 서플라이 또는 RF 파워 구현에 한정되지 않는다.
도2는 FDD 송신기에서 구현될 수 있는 엔벨로프 트래킹 파워 서플라이를 포함하는 전형적인 증폭 스테이지의 구조를 도시한다. 상기 증폭 스테이지의 목적은 출력전압
Figure 112015012969748-pct00003
로서 입력전압
Figure 112015012969748-pct00004
의 증폭된 버전을 발생시키는 것이다. 기준전압
Figure 112015012969748-pct00005
은 입력신호
Figure 112015012969748-pct00006
의 진폭을 나타내고, RF 파워 증폭기(108)를 포함하는 부하로 전달하기 위한 서플라이전압
Figure 112015012969748-pct00007
을 생성하기 위해 사용된다. 상기 출력신호
Figure 112015012969748-pct00008
는 상기 입력전압
Figure 112015012969748-pct00009
의 증폭된 복제가 되도록 의도된다.
엔벨로프 검파기(107)는 입력전압
Figure 112019087809624-pct00010
을 수신하고 상기 입력 신호의 엔벨로프를 나타내는 기준전압
Figure 112019087809624-pct00011
을 생성한다. 스위치드 모드 파워 서플라이(102)는 기준신호
Figure 112019087809624-pct00012
을 수신하고, 기준신호
Figure 112019087809624-pct00013
의 순시값과 가장 근접하게 일치하는 것에 따라, 다수의 사용가능한 서플라이전압들 중 하나로부터 출력 서플라이를 생성한다. 선택된 서플라이전압은 인덕터(106)의 제 1 단자로 인가되고, 출력 서플라이 전류는 상기 인덕터의 제 2 단자에서 생성된다.
스위치드 모드 파워 서플라이(102)는 그 입력에서 기준신호
Figure 112019087809624-pct00014
를 조악하게 트래킹한다는 것만을 제외하고는 효율적인 서플라이다. 더 정확한 트래킹 신호를 제공하기 위해 에러 증폭기(104)가 제공되어 선택된 스위치드 서플라이에서 에러를 제거하고 정정된 스위치드 서플라이 출력을 제공한다. 간단하게 설명된 구조에서, 상기 에러 증폭기는 하나의 입력에서 기준신호
Figure 112019087809624-pct00015
를 수신하고 다른 입력에서 상기 에러 증폭기(104)의 출력을 수신한다. 상기 에러 증폭기(104)의 출력은 또한 상기 인덕터(106)의 제 2 단자에 연결된다. 상기 에러 증폭기(104)는 전압 대 전류 변환 증폭기이고, 상기 인덕터(106)의 제 2 단자에서의 신호와 기준신호 사이의 상기 에러를 나타내는 전류를 상기 인덕터(106)의 제 2 단자에 주입한다.
상기 인덕터(106)의 제 2 단자에서 이와같이 조정된(또는 정정된) 출력 전류는 RF 파워 증폭기(108)의 파워 서플라이 단자로 전달되고, 상기 전압신호
Figure 112015012969748-pct00016
이 상기 증폭기(108)의 출력에서 발생된다.
도2가 RF 증폭기를 위한 엔벨로프 트래킹 스위치드 모드 파워 서플라이의 원리를 설명하는 전형적인 구조를 나타내고 추가적인 전기회로가 실제 구현을 위해 필요하게 될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
상기 스위치드 모드 파워 서플라이(102)의 스위치들은 인덕터(106)를 통한 효율적인 수단에 의해 상기 전압 서플라이 신호의 엔벨로프 파워의 대부분의 전달을 가능하게 한다. 상기 에러 증폭기(104)는 스위치드 모드 파워 서플라이의 출력에서 미세한 제어를 제공하고, 상기 인덕터(106)를 통하여 원하지 않는 주입 신호들의 제거를 가능하게 한다.
도2에 도시된 바와 같은 엔벨로프 트래킹 시스템은 효율성을 위해 스위치드 모드 파워 서플라이를 사용함으로써 원하지 않는 노이즈를 발생시키고, 이것은 넓은 스펙트럼에 걸쳐 노이즈를 발생시킬 수 있다. 이러한 노이즈가 출력 파워 서플라이상에 나타날 경우에, 주어진 시스템의 출력 노이즈 상세는 브리칭(breech)될 수 있다.
상기 에러 증폭기(104)의 출력 임피던스는 상기 에러 증폭기(104)의 상호컨덕턴스
Figure 112015012969748-pct00017
의 역수 즉,
Figure 112015012969748-pct00018
이다.
Figure 112015012969748-pct00019
인 원하지 않는 전압이 부하(즉, 파워 증폭기(108))의 양단에서 발생되기 때문에, 이러한 출력 임피던스는 상기 원하지 않는 간섭에 대한 억제의 한계를 규정하고, 여기서
Figure 112015012969748-pct00020
은 원하지 않는 간섭과 관련된 전류이다.
이러한 전압을 줄이는 한가지 방법은
Figure 112015012969748-pct00021
을 증가하는 것이 될 수 있다. 그러나 고주파수에서 충분한 안정성 마진을 유지할 필요성이
Figure 112015012969748-pct00022
을 증가하는 능력을 제한한다.
본 발명에 따라서, 원치 않는 간섭으로 인한 상기 스위치드 모드 파워 서플라이(102)로부터 인덕터(106)의 제 1 단자로의 전류의 증가는 간섭의 효과가 소거된다면 동일한 양의 에러 증폭기(104)로 흐르는 전류의 증가를 필요로 한다는 것이 인식되었다.
이러한 증가를 제공하기 위해서, 에러 증폭기(104)로의 피드백 입력 단자는 전압
Figure 112015012969748-pct00023
만큼 상승해야 하고, 여기서
Figure 112015012969748-pct00024
는 인덕터(106)의 제 2 단자로부터 흐르는 간섭 전류이다. 이러한 전압은 상기 서플라이 출력에서 간섭 에러로서 나타난다.
도3을 참조하면, 본 발명에 따라서 수정된 도1의 전형적인 장치가 도시되어 있고, 상기 에러 증폭기의 피드백 경로에서 스위처 간섭 전류를 감지하고, 그 출력에서 상기 스위처 간섭 전류를 감소하도록 정정된 스위치드 서플라이 출력을 조정하기 위한 전기회로를 포함한다. 이 전기회로는 바람직하게 상기 에러 증폭기의 출력과 상기 피드백 경로 사이에 커플링을 포함한다. 바람직하게 상기 전기회로는
Figure 112019087809624-pct00025
값을 갖는 추가의 임피던스(200)이다.
도3에 도시된 바와 같이, 상기 에러 증폭기(104)로의 피드백 경로는 상기 인덕터(106)의 제 2 단자로부터 얻어진다. 상기 임피던스(200)는 상기 에러 증폭기의 출력과 상기 인덕터의 제 2 단자 사이에 연결된다. 그에 따라, 상기 임피던스(200)는 상기 에러 증폭기(104)의 출력에 연결된 제 1 단자, 및 상기 인덕터(106)의 제 2 단자에 연결된 제 2 단자를 갖는다.
상기 피드백 경로는 상기 인덕터(106)의 제 2 단자/상기 임피던스(200)의 제 2 단자와 상기 에러 증폭기(104)로의 상기 피드백 입력 사이에 연결된다. 상기 서플라이 전압을 상기 파워 증폭기에 제공하는 출력은 상기 에러 증폭기(104)의 출력/상기 임피던스(200)의 제 1 단자에 의해 제공된다.
상기 임피던스
Figure 112015012969748-pct00026
의 값은
Figure 112015012969748-pct00027
로 설정되고, 여기서
Figure 112015012969748-pct00028
은 상기 에러 증폭기(104)의 상호컨덕턴스이다.
상기 임피던스(200)의 제공은 상기 증폭기 안정성 마진에 대한 어떠한 절충없이, 출력 서플라이에서 제공된 원하지 않는 간섭의 감소를 상기 증폭기(108)에 제공한다.
도3의 장치에 있어서, 상기 에러 증폭기(104)로의 상기 피드백 입력에서의 전압은 상술된 바와 같이
Figure 112015012969748-pct00029
만큼 증가한다.
하지만, 임피던스(200)의 출력 측(임피던스(200)의 제 1 단자)은 동시에
Figure 112015012969748-pct00030
의 양 만큼 이 아래로 떨어진다.
이것은 (상기 부하에서) 상기 증폭기(108)를 위해 생성된 출력 신호가 상기 스위치드 전압 서플라이(102)를 통해 흐르는 간섭 전류에 관계없이 일정하게 유지된다는 것을 의미한다.
그러므로, 본 발명은 상기 원하지 않는 간섭을 포함하는 신호를 생성하는 상기 에러 증폭기를 중단하지 않고, 이것을 소거할 반대 신호를 제공한다.
상기 에러 증폭기(104)의 상기 상호컨덕턴스
Figure 112015012969748-pct00031
은 주파수 의존적일 수 있다. 그러므로, 바람직하게 상기 임피던스(200)는 주파수에 걸쳐 상호컨덕턴스에서 이러한 변화를 트래킹하도록 적응되고, 이것의 값
Figure 112015012969748-pct00032
를 알맞게 조정하도록 적응된다. 일반적으로 단일-폴 보상 시스템에 대해서
Figure 112015012969748-pct00033
은 옥타브당 6dB의 비율로 감소하고,
Figure 112015012969748-pct00034
은 옥타브당 6dB의 비율로 증가한다는 것을 의미한다. 즉, 이것은 유도적인 것으로 보인다. 이것은 바람직하게 상기 임피던스(200)가 작고 유도성이어야 한다는 것을 의미한다. 그래서, 주파수로 인한 상기 변화들을 효과적으로 트래킹할 것이다. 예를 들어, 상기 임피던스는 주파수로 인한 상호컨덕턴스 변화를 트래킹하도록 칩 인덕터로서 구현될 수 있다.
상기 임피던스(200)의 이러한 특성은 상기 임피던스를 트랙의 길이로서 구현함으로써 또한 성취될 수 있다. 이러한 것이 도4에 도시되고, 여기서 상기 임피던스는 특정 길이와 폭에서 구현되는 트랙(200a)의 길이로서 도시된다. 그에 따라, 상기 피드백은 상기 에러 증폭기로부터 직접적으로 얻어지지 않고, 상기 에러 증폭기를 포함하는 능동 회로의
Figure 112015012969748-pct00035
와 동일한 임피던스를 갖는 트랙의 길이로부터 얻어진다.
상기 에러 증폭기가 2차 보정된다면, 그때 상기 에러 증폭기의 출력 임피던스는 옥타브당 12dB의 비율로 증가할 것이므로, 가급적이면 상기 임피던스(200)에 의해 제공된 상기 소거 회로를 수정하는 것이 바람직할 것이다.
도5는 2차 소거가 제공된 도3의 것에 대한 대안 장치를 도시한다. 레지스터(300)가 상기 인덕터(106)와 임피던스(200)의 공통 접속점과 상기 에러 증폭기(104)로의 입력 사이의 상기 피드백 회로에 제공된다. 도5에서 인덕터(302)인 리액티브 소자가, 상기 에러 증폭기(104)의 입력과 접속하는 상기 레지스터(300)의 단자와 상기 에러 증폭기(104)의 출력 사이에 연결된다. 상기 레지스터(300)와 리액티브 소자(302)는 상기 도3의 장치에 의해 제공된 1차 소거에 더하여 2차 소거를 제공한다.
도6은 본 발명에 의해 제공된 상기 소거의 효과를 도시한다. 도6은 상기 에러 증폭기에 제공된 신호의 주파수에 대한 상기 에러 증폭기의 출력 임피던스의 플롯(plot)이다. 상기 플롯(304)은 본 발명의 실시예들에 따른 소거를 갖지 않는 상기 에러 증폭기의 임피던스 궤적을 도시한다. 파형(306)은 도3의 장치에 따른 소거를 갖는 상기 증폭기의 임피던스 궤적을 도시한다. 알 수 있는 바와 같이, 상기 에러 증폭기의 효율적인 출력 임피던스는 상기 임피던스(200)에 의해 제공된 소거의 결과로서 감소된다.
일반적으로 본 발명은 스위치드 모드 파워 서플라이, 엔벨로프 트래킹 파워 서플라이의 일부로서, 엔벨로프 트래킹 파워 서플라이를 포함하는 RF 증폭 스테이지로서 구현될 수 있다.
이러한 구현들은 모바일 통신 시스템, 특히 모바일 또는 휴대용 핸드셋 장치에서 뿐만 아니라 모바일 통신 인프라에서도 특정한 활동을 갖는다.
본 발명은 실시예들을 참조하여 예로서 여기에 설명되었다. 본 발명은 상술된 예들에 제한되지 않을 뿐만 아니라 실시예에서 특징들의 특정 조합들에 제한되지 않는다. 본 발명의 범위 내에서 실시예들에 대한 변경들이 이루어 질 수 있다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 규정된다.

Claims (9)

  1. 한 단자에서 스위치드 서플라이(switched supply)를 수신하도록 구성된 제 1 인덕터;
    상기 제 1 인덕터의 다른 단자에 연결된 제 1 입력 및 기준 신호에 연결된 제 2 입력을 갖는 에러 증폭기로서, 상기 에러 증폭기는 상기 제 1 및 제 2 입력들에서의 신호들간의 차에 따라 상기 에러 증폭기의 출력에서 정정된 스위치드 서플라이를 생성하는, 상기 에러 증폭기;
    상기 에러 증폭기의 출력 및 상기 제 1 인덕터의 다른 단자 사이에 연결된 임피던스;
    상기 제 1 인덕터의 다른 단자 및 상기 에러 증폭기의 제 1 입력 사이에 연결된 레지스터; 및
    상기 에러 증폭기의 제 1 입력 및 상기 에러 증폭기의 출력 사이에 연결된 제 2 인덕터를 포함하는, 스위치드 모드 파워 서플라이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 임피던스는
    Figure 112019087809624-pct00044
    의 값을 갖고,
    Figure 112019087809624-pct00045
    은 상기 에러 증폭기의 상호컨덕턴스인, 스위치드 모드 파워 서플라이.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 임피던스는 리액티브 소자를 포함하는, 스위치드 모드 파워 서플라이.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 임피던스는 인쇄 회로 기판 트랙으로서 구현되는, 스위치드 모드 파워 서플라이.
  5. 제 1 항의 스위치드 모드 파워 서플라이를 포함하는 엔벨로프 트래킹 파워 서플라이.
  6. RF(radio frequency) 파워 증폭기에 전원을 제공하기 위해 제 1 항에 따른 스위치드 모드 파워 서플라이를 포함하는, RF 증폭 스테이지.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
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