KR102509952B1 - 동적 전력 분할기 회로들 및 방법들 - Google Patents

동적 전력 분할기 회로들 및 방법들 Download PDF

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Abstract

본 개시는 동적 전력 분할기 회로들 및 방법들을 포함한다. 일 실시예에서, 동적 전력 분할기는 입력 신호를 수신하고 제 1 및 제 2 쿼터 웨이브 라인들의 제 2 단자들 상에서 제 1 및 제 2 신호를 생성하는 제 1 및 제 2 쿼터 웨이브 라인들을 포함한다. 입력 신호의 동적 전력 분할은 제 1 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자와 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자 사이의 가변 임피던스 회로를 사용한다. 가변 임피던스는, 입력 신호 전력이 증가함에 따라 2개의 출력 경로들 사이의 임피던스를 감소시키거나 또는 입력 신호 전력이 감소함에 따라 출력 경로들 사이의 임피던스를 증가시킬 수 있다.

Description

동적 전력 분할기 회로들 및 방법들{DYNAMIC POWER DIVIDER CIRCUITS AND METHODS}
관련 출원들에 대한 교차-참조
[0001] 이 출원은 2014년 11월 5일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제14/533,988호를 우선권으로 주장하며, 그 내용은 그 전체가 모든 목적을 위해 인용에 의해 본원에서 통합된다.
[0002] 본 개시는 전자 회로들 및 방법들에 관한 것으로서, 특히 동적 전력 분할기 회로들 및 방법들에 관한 것이다.
[0003] 전자 회로들의 전력 소비가 점점 더 주목을 받고 있다. 전자 디바이스들의 사용이 유비쿼터스화됨에 따라, 이들 디바이스들에 의해 소비되는 전력이 증가하여, 인프라구조(infrastructure) 및 환경에 대한 수요를 증가시킨다. 예를 들어, 무선 디바이스들은 에너지 및 전력의 수요와 소비를 증가시키는데 있어 현대의 원인이다. RF 트랜시버들 내의 회로는 종종 RF 통신 신호들을 송신, 수신 및 프로세싱하기 위해 많은 양의 전력을 소비한다.
[0004] 종종 비효율적이며 전력을 많이 소비하는 하나의 예시적인 회로 컴포넌트는 전력 증폭기이다. 무선 애플리케이션에서, 전력 증폭기는 무선 통신 신호를 수신하고 안테나 상에서 송신을 위해 신호의 전력을 증가시킨다. 안테나 상의 송신을 위해 신호를 프로세싱하는 것은 다수의 신호 경로들을 따라 신호를 분할하는 것, 전압 및/또는 전류를 증가시키기 위해 신호를 증폭하는 것 그리고 안테나 상의 송신을 위해 신호들을 결합하는 것을 포함할 수 있다. 신호가 여러 경로들을 따라 커플링되는 경우, 신호 전력은 또한, 통상적으로 경로들 사이에서 분할된다. 변하는 동작 조건들 상에서, 때때로, 특정 경로들이 일부 동작 조건들 동안 덜 활성이거나 완전히 비활성이고 그러한 경로에 제공된 신호 전력이 낭비되는 경우가 있다.
[0005] 본 개시는 동적 전력 분할기 회로들 및 방법들을 포함한다. 일 실시예에서, 동적 전력 분할기는 입력 신호를 수신하고 제 1 및 제 2 쿼터 웨이브 라인들의 제 2 단자들 상에서 제 1 및 제 2 신호를 생성하는 제 1 및 제 2 쿼터 웨이브 라인들을 포함한다. 입력 신호의 동적 전력 분할은 제 1 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자와 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자 사이의 가변 임피던스 회로를 사용한다. 가변 임피던스는, 입력 신호 전력이 증가함에 따라 2개의 출력 경로들 사이의 임피던스를 감소시키거나 또는 입력 신호 전력이 감소함에 따라 출력 경로들 사이의 임피던스를 증가시킬 수 있다.
[0006] 하기의 상세한 설명 및 첨부 도면들은 본 개시의 성질 및 이점의 더 나은 이해를 제공한다.
[0007] 도 1은 일 실시예에 따른 동적 전력 분할기를 도시한다.
[0008] 도 2는 다른 실시예에 따른 동적 전력 분할기를 도시한다.
[0009] 도 3은 다른 실시예에 따라 조정 가능한 저항을 포함하는 예시적인 전력 분할기를 도시한다.
[0010] 도 4는 다른 실시예에 따라 반도체 디바이스를 포함하는 예시적인 전력 분할기를 도시한다.
[0011] 도 5는 일 실시예에 따라 전력 증폭기의 입력에서의 예시적인 전력 분할기를 도시한다.
[0012] 도 6은 다른 실시예에 따라 전력 증폭기의 입력에서의 예시적인 전력 분할기를 도시한다.
[0013] 도 7은 다른 실시예에 따라 전력 증폭기의 입력에서의 예시적인 전력 분할기를 도시한다.
[0014] 도 8은 일 실시예에 따라 입력 신호 전력을 분할하는 방법을 도시한다.
[0015] 도 9는 일 실시예에 따라 동적 전력 분할을 포함하는 무선 시스템을 도시한다.
[0016] 본 개시는 동적 전력 분할기 회로들 및 방법들에 관한 것이다. 하기의 설명에서, 설명을 위해, 다수의 예들 및 특정 세부사항들이 본 개시의 완전한 이해를 제공하기 위해 기술된다. 그러나 청구항들에서 표현되는 바와 같은 본 개시는, 이들 예들 단독으로 또는 아래에서 설명되는 다른 특징들과 결합하여 특징들 중 일부 또는 전부를 포함할 수 있으며, 본원에서 설명되는 특징들 및 개념들의 변형들 및 등가물들을 더 포함할 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다.
[0017] 도 1은 일 실시예에 따른 동적 전력 분할기를 도시한다. 본 개시의 실시예들은 다수의 신호 경로들 사이에서 신호 전력을 동적으로 라우팅할 수 있는 전력 분할기 회로를 포함한다. 예를 들어, 전력 분할기 회로(100)는 제 1 쿼터 웨이브 라인(101)의 제 1 단자 상에서 그리고 제 2 쿼터 웨이브 라인(102)의 제 1 단자 상에서 입력 신호(Si)를 수신한다. 이 예에서, 쿼터 웨이브 라인들(101 및 102)은 신호(Si)에서의 90도 위상 시프트(π/4)를 생성한다. 쿼터 웨이브 라인은 때때로, 쿼터 웨이브 임피던스 변환기 또는 λ/4 임피던스 변환기로서 지칭되며, 원하는 임피던스를 생성하도록 종단이 설계된 미리 결정된 길이의 송신 라인(도체)을 포함할 수 있다. 아래의 특정 예에서 도시된 바와 같이, 임피던스 변환은 전력 분할기의 효율을 개선하는데 사용될 수 있다.
[0018] 본 개시의 특징들 및 이점들은 가변 임피던스 회로(103)를 통해 전력 분할기 출력 신호 경로들을 함께 커플링하는 것을 포함한다. 예를 들어, 일부 애플리케이션들에서, 특정 조건들 하에서 경로(So1)에 대한 신호 전력을 증가시키고 경로(So2)에 대한 신호 전력을 감소시키는 것이 바람직할 수 있으며, 다른 조건들 하에서 경로(So1)에 대한 신호 전력을 감소시키고 경로(So2)에 대한 신호 전력을 증가시키는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 가변 임피던스 회로(103)는 가변 임피던스 회로의 임피던스(Zi)를 조정하기 위한 제어 입력을 포함한다. 전력 제어 회로(104)는 예를 들어, 경로(So1)와 경로(So2) 사이의 임피던스를 증가 또는 감소시키도록 가변 임피던스 회로(103)의 제어 입력에 하나 또는 그 초과의 신호를 제공할 수 있다.
[0019] 일 실시예에서, 가변 임피던스 회로(103)의 임피던스(Zi)는 입력 신호의 전력 조건들에 기초하여 조정된다. 가변 임피던스 회로(103)의 임피던스(Zi)가 변함에 따라, 상이한 경로들 사이에 흐르는 신호 전력의 양은 입력 신호 전력에 기초하여 변할 수 있다. 예를 들어, 가변 임피던스 회로(103)의 임피던스(Zi)는, 쿼터 웨이브 라인(102)의 제 2 단자(경로 So2)에서의 신호 전력을 증가시키고 쿼터 웨이브 라인(101)의 제 2 단자(경로 So1)에서의 신호 전력을 감소시키도록, 입력 신호(Si)의 전력이 증가할 때 감소될 수 있다. 유사하게, 예를 들어, 가변 임피던스 회로(103)의 임피던스(Zi)는, 쿼터 웨이브 라인(102)의 제 2 단자에서의 신호 전력을 감소시키고 쿼터 웨이브 라인(101)의 제 2 단자에서의 신호 전력을 증가시키도록, 입력 신호(Si)의 전력이 감소할 때 증가될 수 있다. 따라서, 신호 전력은 Zi를 조정함으로써 경로(So1) 내지 경로(So2) 사이에서 분할되고 전달될 수 있다. 일부 애플리케이션들에서, 경로들 간의 전력 분할은 비대칭일 수 있으며, 여기서 Zi가 높을 때 하나의 경로(예를 들어, 경로 So1)는 다른 경로(예를 들어, 경로 So2)보다 더 많은 신호 전력을 수신할 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 높은(high) 전력 경로로부터의 신호 전력은 예를 들어, Zi를 감소시킴으로써 입력 신호 조건들에 기초하여 더 낮은 전력 경로에 가변적으로 커플링될 수 있다. 다양한 실시예들에서, 가변 임피던스 회로(103)는 스위치식 레지스터 네트워크, 하나 또는 그 초과의 반도체 디바이스들(예를 들어, 트랜지스터 또는 PIN 다이오드), 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있다. 또한, 전력 제어 회로(104)는 예를 들어, 엔벨로프 트래킹(envelope tracking), 평균 전력 트래킹, 또는 (예를 들어, 모뎀으로부터의) 전력 제어 신호에 기초하여 임피던스를 조정할 수 있다. 특정 실시예들의 추가의 예들이 아래에서 제공된다.
[0020] 도 2는 다른 실시예에 따른 동적 전력 분할기를 도시한다. 위에서 언급된 바와 같이, 임피던스 변환은 전력 분할기 회로의 효율을 개선하는데 사용될 수 있다. 이 예에서, 쿼터 웨이브 라인(102)의 제 2 단자에서의 임피던스(Zo3)는 쿼터 웨이브 라인(102)을 조사하여 입력 신호(Si)에 의해 확인되는 입력 임피던스를 변화시키도록 선택적으로 조정된다. 이 예에서, 전력 분할기 회로(200)는 임피던스(Zo3)를 설정하기 위한 인덕터들 및 캐패시터들을 포함할 수 있는 조정 가능한 LC 회로(210)를 포함한다. 예를 들어, 조정 가능한 LC 회로(210)의 캐패시턴스는, 조정 가능한 LC 회로(210)의 입력 임피던스를 수정하고 Zo3을 변화시키도록 (예를 들어, 스위치식 캐패시터를 사용하여) 프로그래밍 가능할 수 있다. 제 1 구성에서, 조정 가능한 LC 회로(210)는 쿼터 웨이브 라인(102)의 제 2 단자에서 제 1 임피던스(Zo3에서)를 생성할 수 있다. 특정 LC 구성에 의해 설정된 제 1 임피던스는 쿼터 웨이브 라인(102)을 통해 변환되어 쿼터 웨이브 라인(102)의 제 1 단자에서 대응하는 제 2 임피던스(Zo1에서)를 생성한다. 제 1 구성에서, Zo3에서의 제 1 임피던스는 Zo1에서의 제 2 임피던스보다 작다. 제 2 구성에서, 조정 가능한 LC 회로(210)는, 쿼터 웨이브 라인(102)의 제 2 단자에서 제 3 임피던스(Zo3에서)를 생성할 수 있으며, 이는 쿼터 웨이브 라인(102)의 제 1 단자에서 대응하는 제 4 임피던스(Zo1)로 변환된다. 이 구성에서, Zo3에서의 제 3 임피던스는 Zo1에서의 제 4 임피던스보다 크다.
[0021] 조정 가능한 LC 회로(210)의 위의 동작에 기초하여, 일부 애플리케이션들은, 조정 가능한 LC 회로(210)를 동적으로 재구성하여 다중 경로들 사이에서 상이한 신호 전력 분할을 생성할 수 있다. 예를 들어, 조정 가능한 LC 회로(210)는 입력 신호의 전력이 감소할 때 제 1 임피던스(예를 들어, Zo3에서의 낮은 임피던스)를 생성하도록 구성될 수 있다. Zo3에서의 제 1의 낮은 임피던스는 Zo1에서 제 2의 높은 임피던스로 변환되며, 이는 더 많은 신호 전력이 쿼터 웨이브 라인(101)을 통해 경로(So1)로 이동하게 하고 쿼터 웨이브 라인(102)을 통해 경로(So2)로의 신호 전력을 감소시킨다. 따라서, 쿼터 웨이브 라인(102)의 제 1 단자로부터 쿼터 웨이브 라인(102)의 제 2 단자로 전달되는 입력 신호(Si)의 전력은 감소된다.
[0022] 유사하게, 조정 가능한 LC 회로(210)는 입력 신호의 전력이 증가할 때 제 3 임피던스(예를 들어, Zo3에서의 높은 임피던스)를 생성하도록 구성될 수 있다. 이 경우, 예를 들어, 더 많은 신호 전력을 제 2 경로(So2)로 라우팅하는 것이 유리할 수 있다. Zo3에서의 제 3의 높은 임피던스는 Zo1에서 제 4의 낮은 임피던스로 변환되며, 이는 예를 들어, 더 많은 신호 전력이 쿼터 웨이브 라인(102)을 통해 경로(So2)로 이동하게 하고 더 적은 신호 전력이 쿼터 웨이브 라인(101)을 통해 경로(S01)로 이동하게 한다. 따라서, 쿼터 웨이브 라인(102)의 제 1 단자로부터 쿼터 웨이브 라인(102)의 제 2 단자로 전달되는 입력 신호(Si)의 전력은 증가된다.
[0023] 조정 가능한 LC 회로(210) 및 가변 임피던스 회로(103)를 함께 동작시키는 것은, 경로(So1) 및 경로(So2)에 전달된 신호 전력의 양을 제어하는데 사용될 수 있다. 신호 전력은 (예를 들어, Zi의 임피던스 및 라인(102)의 입력 임피던스를 조정함으로써) 제어된 방식으로 전달되기 때문에, 전력의 사용이 유리하게는, 보다 효율적이다.
[0024] 대안적인 실시예에서, 회로(200)는, 위에서 설명된 바와 같이 Zo2 및 Zo1에서의 임피던스를 변화시켜 두 경로들 사이의 전력의 분할을 추가로 제어할 수 있는 제 2 조정 가능한 LC 회로(211)을 포함할 수 있다.
[0025] 도 3은 다른 실시예에 따라 조정 가능한 저항을 포함하는 예시적인 전력 분할기를 도시한다. 이 예는 예를 들어, 스위치식 레지스터 네트워크와 같은 조정 가능(가변) 저항(Ri)(302)을 사용하여 구현된 가변 임피던스 회로를 도시한다. 콜 아웃(call out)(350)은 예를 들어, 스위치식 레지스터들의 2개의 예시적인 구현들을 도시한다. 이 특정 예는 또한 전력 제어 회로가 엔벨로프 트래킹 회로(301)일 수 있음을 도시한다. 엔벨로프 트래킹 전력 제어 회로(301)는 입력 신호(Si)의 엔벨로프에 대응하는 업스트림 엔벨로프 신호를 수신할 수 있다. Si의 엔벨로프가 증가함에 따라, So2 경로로의 신호 전력을 증가시키는 것이 유리할 수 있다. 예를 들어, 아래에 도시된 하나의 전력 증폭기 아키텍처는 메인 스테이지 및 피킹(peaking) 스테이지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 신호 전력이 낮으면, 더 많은 신호 전력을 메인 스테이지에 채널링(channel)하는 것이 유리할 수 있고, 신호 전력이 증가하는 경우, 피킹 스테이지에 대한 전력을 증가시키는 것이 유리할 수 있다. 엔벨로프 트래킹 전력 제어 회로(301)는 엔벨로프 신호를 수신하고 엔벨로프가 낮으면 Ri의 값을 증가시킬 수 있다. 따라서, 낮은 신호 전력 레벨들에서, 보다 많은 신호 전력이 So1 경로로 채널링되고, 보다 적은 신호 전력이 So2 경로로 채널링된다. 대안적으로, 엔벨로프 트래킹 전력 제어 회로(301)는 엔벨로프 신호를 수신하고 엔벨로프가 높으면 Ri의 값을 감소시킬 수 있다. 따라서, 높은 신호 전력 레벨에서, 보다 많은 신호 전력이 So1 경로로부터 Ri를 통해 So2 경로로 채널링된다. 따라서 Ri는 경로들 사이에서 신호 전력을 효율적으로 이동시키기 위해 엔벨로프 레이트로 변할 수 있다. 다시 콜 아웃(350)을 참조하면, 일부 예시적인 구현들에서, 하나의 레지스터는 경로들 사이에서 최대 또는 최소 저항을 설정하기 위해 경로들 사이에 직렬로 고정될 수 있다. 선택적으로, 위에서 설명된 바와 같이, 낮은 신호 전력 레벨들에서, LC 회로(210)는 입력 신호(Si)에 대해 높은 임피던스로 변환되는 낮은 임피던스를 Zo3에서 생성하고, 그리하여 입력 신호 전력을 라인(101) 및 경로(So1)로 채널링하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 높은 신호 전력 레벨들에서, LC 회로(210)는 입력 신호(Si)에 대해 더 낮은 임피던스로 변환되는 더 높은 임피던스를 Zo3에서 생성하고, 그리하여 입력 신호 전력을 라인(102) 및 경로(So2)로 채널링하도록 구성될 수 있다.
[0026] 도 4는 다른 실시예에 따라 반도체 디바이스를 포함하는 예시적인 전력 분할기를 도시한다. 이 예는 경로들(So1 및 So2) 사이의 임피던스를 변동시키는데 사용될 수 있는 하나의 타입의 반도체 디바이스를 도시한다. 이 예에서, 트랜지스터(402)는 쿼터 웨이브 라인(101)의 제 2 단자와 쿼터 웨이브 라인(102)의 제 2 단자 사이에 커플링된다. 여기서 NMOS 트랜지스터가 도시되었지만, 다른 트랜지스터 타입들이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 이 예에서, 레지스터(403)는 트랜지스터(402)의 드레인과 소스 사이에 커플링되고, 조정 가능 저항(404)은 또한 쿼터 웨이브 라인(102)의 제 2 단자에서 경로(So2)와 트랜지스터(402)의 소스 사이에 선택적으로 커플링된다. 마지막으로, 조정 가능한 LC(203)는 쿼터 웨이브 라인(102)의 제 2 단자에 커플링될 수 있다.
[0027] 일 실시예에서, 전력 제어 회로(401)는 엔벨로프 검출기를 포함할 수 있다. 이 예에서, 전력 제어 회로(401)는 입력 신호(Si)를 수신하고, 신호 엔벨로프에 기초하여 트랜지스터(402)의 게이트에서의 전압을 변화시켜 라인(101)의 제 2 단자와 라인(102)의 제 2 단자 사이의 임피던스를 증가 또는 감소시킬 수 있다. 일 실시예에서, 전력 제어 회로(401)는 평균 신호 전력을 결정하고 저항(404)을 조정하도록 평균 전력 생성기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전력 제어 회로(401)는 평균 신호 전력을 결정하기 위해 RMS(root-mean-square) 필터를 포함할 수 있다. 따라서, 트랜지스터(402) 및 조정 가능한 저항(404)을 결합하는 예시적인 실시예에서, 예를 들어, 트랜지스터(402)의 임피던스는 신호 엔벨로프 레이트로 변할 수 있고, 조정 가능한 저항(404)의 임피던스는 보다 느린 평균 전력 레이트로 변할 수 있다. 일부 경우들에, 조정 가능한 저항(404)은 제조 동안(예를 들어, 공장에서) 설정되고, 라인들(101 및 102)의 제 2 단자들 사이의 최소 저항을 설정하기 위해 동작 동안 고정된 채로 유지될 수 있다. 따라서, 이 경우, 트랜지스터(402)는 경로들 사이의 임피던스의 변동의 범위를 설정한다.
[0028] 도 5는 일 실시예에 따라 전력 증폭기의 입력에서의 예시적인 전력 분할기를 도시한다. 이 예에서, 동적 전력 분할기는 제 1 쿼터 웨이브 라인 인덕터(501), 제 2 쿼터 웨이브 라인 인덕터(502), 엔벨로프 트래킹 전력 제어 회로(컴포넌트들(530-533)), 조정 가능한 임피던스 회로(컴포넌트들(503-506)) 및 조정 가능한 LC 회로(컴포넌트들(541-543))를 포함한다. 동적 전력 분할기는 메인 전력 증폭기 스테이지(550) 및 피킹 전력 증폭기 스테이지(551)에 대해 2개의 신호들(So1 및 So2)를 생성하도록 구성된다. 메인 스테이지와 피킹 스테이지 사이의 상이한 바이어스 조건들로 인해, 임피던스(Zo2)는 임피던스(Zo3)와 상이할 수 있으며(예를 들어, Zo2> Zo3> Zo1), 이는 두 경로들 사이의 신호 전력의 분포가 자연적으로 비대칭이 되게 한다. 메인 스테이지(550)의 출력은 다른 쿼터 웨이브 회로(552)를 통해 피킹 스테이지(551)의 출력에, 그리고 RF 통신 신호들을 공중파들로 구동하기 위한 안테나(590)에 커플링된다. 이 예에서, 메인 스테이지(550) 및 피킹 스테이지(551)는 도허티(Doherty) 전력 증폭기 스테이지로서 구성된다.
[0029] 이 예에서, 입력 신호(Si)는 엔벨로프 검출기로서 동작하는 다이오드들(530 및 531), 캐패시터(532) 및 레지스터(533)를 포함하는 엔벨로프 트래킹 전력 제어 회로에 커플링된다. Si는 바이어스 전압(Vbias1)과 접지 사이에 배열된 직렬 연결된 다이오드들(530 및 531) 사이의 노드에 커플링된다. 다이오드들은 입력 신호를 정류하고, 캐패시터(532), 레지스터(533) 및 트랜지스터(503)의 기생 게이트 커패시턴스는 정류된 신호를 저역 통과 필터링하여 엔벨로프를 생성한다. 엔벨로프는 위에서 기술한 바와 같이 Zo2와 Zo1 사이의 임피던스를 조정하기 위해 트랜지스터(503)의 게이트에 대한 제어 입력으로서 사용된다. 이 예시적인 구성에서 메인 PA 경로와 피킹 PA 경로 사이의 저항은 다음과 같을 수 있다 :
V GS =F(P IN )
Figure 112017041868380-pct00001
여기서, Pin은 트랜지스터(503)의 게이트에 제공된 입력 신호의 입력 전력에 대응하는 엔벨로프 신호이고, RA는 저항(504)이고, RON은 게이트-소스 전압(VGS), 임계 전압(VTH) 및 트랜지스터의 물리적 파라미터들의 함수인 트랜지스터(503)의 온(ON) 저항이다.
[0030] 레지스터(506)는 트랜지스터(503) 상에서 바이어스 지점을 설정하기 위해 다른 바이어스 전압(Vbias2)에 커플링된다. 캐패시터(520)는 트랜지스터(503)에 의해 설정된 가변 임피던스 및 엔벨로프 트래킹 컴포넌트들에 AC 커플링을 제공한다. 이 예에서, 가변 레지스터(504)는 경로들 사이의 최소 저항을 설정하도록 고정된 값으로 설정되며, 여기서 트랜지스터(503)의 범위는 경로들 사이의 임피던스 범위를 설정한다.
[0031] 이 예에서, 입력 신호(Si)의 전력 분할은 인덕터들(L1 및 L2)을 포함하는 2개의 쿼터 웨이브 라인들을 이용하여 달성된다. Si는 AC 커플링 캐패시터(522)를 통해 각각의 인덕터의 제 1 단자들에 커플링된다. 제 1 쿼터 웨이브 변환은 캐패시터(C1), 인덕터(L1) 및 캐패시터(C4)(525)의 결합에 의해 달성된다. 유사하게, 제 2 쿼터 웨이브 변환은 캐패시터(C1), 인덕터(L2) 및 캐패시터(C2)(521)의 결합에 의해 달성된다. 신호들(So1 및 So2)은 AC 커플링 캐패시터들(523 및 524)을 통해 메인 및 피킹 스테이지들에 각각 커플링된다. So2는 프로그래밍 가능 커패시턴스들((C2)(541) 및 (C3)(543)) 및 인덕터(L3)(542)를 포함하는 조정 가능한 LC 회로를 통해 커플링된다. Zo3에서의 임피던스는 예를 들어, C2 및/또는 C3를 재구성함으로써 조정될 수 있다. L3, C2 및 C3은 또한 피킹 증폭기(551)의 입력에서 쿼터 웨이브 시프트를 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 캐패시터들(523 및 525)은 예를 들어, Zo2에서 임피던스를 변화시키고 So1과 So2 사이의 전력 분할을 수정하기 위해 조정 가능(예를 들어, 프로그래밍 가능)할 수 있다.
[0032] 도 6은 다른 실시예에 따라 전력 증폭기의 입력에서의 예시적인 전력 분할기를 도시한다. 이 예에서, 캐패시터들(621-622)은 트랜지스터에 의해 설정된 가변 임피던스 및 엔벨로프 트래킹 컴포넌트들 주위에 DC 절연을 제공한다. 이 예는 또한 다른 양상을 도시한다. 이 예에서, 캐패시터(620), 다이오드들(630-631) 및 캐패시터(632)는 가변적(예컨대, 프로그래밍 가능)이다. 따라서, 본 개시의 실시예들은 특정 애플리케이션 또는 동작 조건들의 세트에 대한 성능을 최적화하기 위해 제조 동안에 또는 동적으로 동작 동안에 미세-조정될 수 있다.
[0033] 도 7은 다른 실시예에 따라 전력 증폭기의 입력에서의 예시적인 전력 분할기를 도시한다. 이 예에서, 반도체 디바이스는 PIN 다이오드(710)이다. PIN 다이오드는 p-타입 반도체와 n-타입 반도체 영역 사이에 진성 반도체 영역을 갖는 다이오드이다. 진성 영역은 넓고 가볍게 도핑된 "거의" 진성 물질일 수 있다. 이 예에서, Zo2 및 Zo3에서 전력 분할기의 출력 단자들 사이의 RF 저항은 PIN 다이오드를 통한 바이어스 전류를 변화시킴으로써 신속하게 변할 수 있다. 고주파수들에서, PIN 다이오드는, 저항이 그의 순방향 전류의 역함수인 레지스터로 나타난다. 결과적으로, PIN 다이오드(710)는 가변 감쇠를 제공한다. (예를 들어, 전력 제어 회로로부터) 제어 신호(Ctrl)가 변함에 따라, PIN 다이오드(710)를 통한 전류가 변하고, 저항이 변한다.
[0034] 도 8은 일 실시예에 따라 입력 신호 전력을 분할하는 방법을 도시한다. 801에서, 입력 신호는, 입력 신호의 전력의 제 1 부분을 갖는 제 1 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자 상에서 제 2 신호를 생성하도록 제 1 쿼터 웨이브 라인의 제 1 단자 상에서 수신된다. 802에서, 입력 신호는, 입력 신호의 전력의 제 2 부분을 갖는 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자 상에서 제 3 신호를 생성하도록 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 1 단자 상에서 수신된다. 803에서, 제 1 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자와 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자 사이에 커플링된 가변 임피던스 회로의 임피던스는 입력 신호의 전력 특성을 나타내는 제 1 신호에 대한 응답으로 조정된다. 804에서, 가변 임피던스 회로의 임피던스는, 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자에서 제 2 신호의 전력을 증가시키도록 입력 신호의 전력이 증가할 때 감소된다. 805에서, 가변 임피던스 회로의 임피던스는, 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자에서 제 2 신호의 전력을 감소시키도록 입력 신호의 전력이 감소할 때 증가된다.
[0035] 도 9는 실시예에 따라 전력 분할기를 포함하는 무선 시스템을 도시한다. 무선 시스템(900)은 트랜시버(920)와 기저대역 디지털 신호들을 주고받고 이를 프로세싱하기 위한 기저대역 회로(910)를 포함할 수 있다. 트랜시버(920)는 안테나(948)에 RF 통신 신호들을 송신하고 안테나(948)로부터 RF 통신 신호들을 수신한다. 디지털 통신 신호들은 DAC들(914a-b)에서 아날로그 신호들로 변환되고 송신 채널(930)에 커플링되며, 여기서 "a" 및 "b" 채널들은 신호의 "I" 및 "Q" 컴포넌트들에 대응할 수 있다. 아날로그 신호들은, 송신(TX) 로컬 오실레이터(LO) 신호 생성기(990) 및 TX 위상 동기 루프(PLL)(992)로부터의 LO 신호를 사용하여 저역 통과 필터링되고(블록들(932a-b)), 증폭되고(블록들(934a-b)), 그리고 상향변환(블록(940))된다. 상향변환된 신호는 필터링되고(블록(942)), 전력 증폭기(944)에 커플링된다. 전력 증폭기(PA)(944)는 입력 신호 엔벨로프로부터 엔벨로프 트래킹 신호를 생성하기 위한 회로를 포함할 수 있고, 예를 들어, 입력 신호의 전력을 분할하고 여러 출력 신호들을 전력 증폭기의 상이한 스테이지들에 커플링하기 위해 본원에서 설명된 회로를 포함할 수 있다. PA(944)는 위에서 설명된 바와 같이, 예를 들어, 도허티 전력 증폭기를 더 포함할 수 있다. PA(944)의 출력은 듀플렉서 또는 스위치(946)를 통해 RF 신호들을 브로드캐스트하기 위한 안테나에 커플링된다.
[0036] 트랜시버(920)는 안테나(948)로부터 신호들을 수신하기 위해 LNA(low noise amplifier)(952)을 포함하는 수신 채널(또는 수신기)(950)을 더 포함한다. LNA(952)의 출력은 예를 들어, 수신기(RX) LO 신호 생성기(980) 및 RX 위상 동기 루프(PLL)(982)로부터의 LO 신호를 사용하여 필터링되고(블록(954)), 하향 변환된다(블록(960)). 하향변환된 신호들은, 추가의 신호 프로세싱을 위해 증폭되고(블록들(962a-b)) 필터링되고(블록들(964a-b)), 디지털 도메인으로 변환하기 위해 기저대역 회로들(910)의 ADC들(916a-b)에 커플링된다.
[0037] 위의 설명은 특정 실시예들의 양상들이 어떻게 구현될 수 있는지에 관한 예들과 함께 본 개시의 다양한 실시예들을 예시한다. 위의 예들은 유일한 실시예들인 것으로 간주되어선 안 되며, 아래의 청구항에 의해 정의된 바와 같은 특정 실시예들의 유연성 및 이점들을 예시하도록 제시된다. 위의 개시 및 아래의 청구항들에 기초하여, 다른 어레인지먼트들, 실시예들, 구현들 및 등가물들이 청구항들에 의해 정의된 바와 같은 본 개시의 범위로부터 벗어남 없이 이용될 수 있다.

Claims (20)

  1. 회로로서,
    제 1 단자 및 제 2 단자를 갖는 제 1 쿼터 웨이브 라인(quarter wave line) ― 상기 제 1 쿼터 웨이브 라인의 제 1 단자는 입력 신호를 수신함 ―;
    제 1 단자 및 제 2 단자를 갖는 제 2 쿼터 웨이브 라인 ― 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 1 단자는 상기 입력 신호를 수신함 ―;
    상기 제 1 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자와 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자 사이에 커플링되는 가변 임피던스 회로 ― 상기 가변 임피던스 회로는 상기 가변 임피던스 회로의 임피던스를 조정하기 위한 제어 입력을 갖고, 상기 가변 임피던스 회로는 적어도 하나의 반도체 디바이스를 포함함 ―; 및
    상기 입력 신호의 전력 특성을 나타내는 제 1 신호를 수신하도록 구성되고 그리고 상기 제 1 신호에 대한 응답으로 상기 가변 임피던스 회로의 임피던스를 조정하기 위해 상기 가변 임피던스 회로의 제어 입력에 커플링된 출력을 갖는 전력 제어 회로를 포함하고,
    상기 전력 제어 회로는 엔벨로프 검출기를 포함하고, 그리고 상기 전력 제어 회로의 출력은 상기 입력 신호의 엔벨로프의 레이트로 상기 임피던스를 변화시키기 위해 상기 적어도 하나의 반도체 디바이스에 커플링된 제 1 출력을 포함하고,
    상기 가변 임피던스 회로의 임피던스는, 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자에서의 전력을 증가시키도록 상기 입력 신호의 전력이 증가할 때 감소되고, 그리고 상기 가변 임피던스 회로의 임피던스는, 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자에서의 전력을 감소시키도록 상기 입력 신호의 전력이 감소할 때 증가되는, 회로.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자는 제 1 전력 증폭기 스테이지에 커플링되고 그리고 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자는 제 2 전력 증폭기 스테이지에 커플링되고, 그리고 상기 제 1 전력 증폭기 스테이지 및 상기 제 2 전력 증폭기 스테이지는 안테나를 구동하는, 회로.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전력 증폭기 스테이지 및 상기 제 2 전력 증폭기 스테이지는 도허티 전력 증폭기(Doherty power amplifier)를 포함하는, 회로.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 회로는 조정가능한 LC 회로를 더 포함하고,
    제 1 구성에서, 상기 조정가능한 LC 회로는, 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자에서의 제 1 임피던스 및 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 1 단자에서의 대응하는 제 2 임피던스를 생성하고, 상기 제 1 임피던스는 상기 제 2 임피던스보다 작고, 그리고 제 2 구성에서, 상기 조정가능한 LC 회로는, 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자에서의 제 3 임피던스 및 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 1 단자에서의 대응하는 제 4 임피던스를 생성하고, 상기 제 3 임피던스는 상기 제 4 임피던스보다 큰, 회로.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 조정가능한 LC 회로는 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 1 단자로부터 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자에 전달되는 입력 신호의 전력을 감소시키도록 상기 입력 신호의 전력이 감소할 때 상기 제 1 임피던스를 생성하도록 구성되고, 그리고 상기 조정가능한 LC 회로는 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 1 단자로부터 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자에 전달되는 입력 신호의 전력을 증가시키도록 상기 입력 신호의 전력이 증가할 때 상기 제 3 임피던스를 생성하도록 구성되는, 회로.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 디바이스는 PIN 다이오드를 포함하고, 그리고 상기 제어 입력은 상기 PIN 다이오드를 통해 전류를 조정하는, 회로.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 반도체 디바이스는, 상기 제 1 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자에 커플링된 제 1 단자, 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자에 커플링된 제 2 단자, 및 상기 제어 입력을 포함하는 제어 단자를 갖는 트랜지스터를 포함하는, 회로.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가변 임피던스 회로는 프로그래밍 가능 레지스터 네트워크를 더 포함하는, 회로.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 전력 제어 회로는:
    평균 전력 생성기를 더 포함하고,
    상기 전력 제어 회로의 출력은 상기 입력 신호의 평균 전력에 따라 프로그래밍된 저항을 변화시키기 위해 상기 프로그래밍 가능 레지스터 네트워크에 커플링된 제 2 출력을 더 포함하는, 회로.
  12. 삭제
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 쿼터 웨이브 라인은 적어도 하나의 인덕터를 포함하고, 그리고 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인은 적어도 하나의 인덕터를 포함하는, 회로.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 제어 회로는 상기 입력 신호의 엔벨로프에 대응하는 제어 신호를 생성하고 그리고 상기 제어 입력에 상기 제어 신호를 출력하도록 구성되는, 회로.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 제어 회로는 상기 입력 신호의 평균 전력에 대응하는 제어 신호를 생성하고 그리고 상기 제어 입력에 상기 제어 신호를 출력하도록 구성되는, 회로.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 전력 제어 회로에 의해 수신되는 상기 제 1 신호는 모뎀으로부터의 전력 제어 신호인, 회로.
  17. 방법으로서,
    입력 신호의 전력의 제 1 부분을 갖는 제 1 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자 상에서 제 2 신호를 생성하도록 상기 제 1 쿼터 웨이브 라인의 제 1 단자 상에서 상기 입력 신호를 수신하는 단계;
    상기 입력 신호의 전력의 제 2 부분을 갖는 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자 상에서 제 3 신호를 생성하도록 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 1 단자 상에서 상기 입력 신호를 수신하는 단계; 및
    상기 입력 신호의 전력 특성을 나타내는 제 1 신호에 대한 응답으로, 상기 제 1 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자와 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자 사이에 커플링된 가변 임피던스 회로의 임피던스를 조정하는 단계를 포함하고,
    상기 가변 임피던스 회로의 임피던스를 조정하는 것은 상기 입력 신호의 엔벨로프를 검출하고 그리고 상기 입력 신호의 엔벨로프의 레이트로 상기 임피던스를 변화시키는 것을 포함하고,
    상기 가변 임피던스 회로의 임피던스는, 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자에서 상기 제 2 신호의 전력을 증가시키도록 상기 입력 신호의 전력이 증가할 때 감소되고, 그리고 상기 가변 임피던스 회로의 임피던스는, 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자에서 상기 제 2 신호의 전력을 감소시키도록 상기 입력 신호의 전력이 감소할 때 증가되는, 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 방법은, 조정가능한 LC 회로를 이용하여 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자에서의 임피던스를 조정하는 단계를 더 포함하고,
    제 1 구성에서, 상기 조정가능한 LC 회로는, 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자에서의 제 1 임피던스 및 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 1 단자에서의 대응하는 제 2 임피던스를 생성하고, 상기 제 1 임피던스는 상기 제 2 임피던스보다 작고, 그리고 제 2 구성에서, 상기 조정가능한 LC 회로는, 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자에서의 제 3 임피던스 및 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 1 단자에서의 대응하는 제 4 임피던스를 생성하고, 상기 제 3 임피던스는 상기 제 4 임피던스보다 큰, 방법.
  19. 회로로서,
    입력 신호의 전력의 제 1 부분을 갖는 제 1 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자 상에서 제 2 신호를 생성하도록 상기 제 1 쿼터 웨이브 라인의 제 1 단자 상에서 상기 입력 신호를 수신하기 위한 수단;
    상기 입력 신호의 전력의 제 2 부분을 갖는 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자 상에서 제 3 신호를 생성하도록 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 1 단자 상에서 상기 입력 신호를 수신하기 위한 수단; 및
    상기 입력 신호의 전력 특성을 나타내는 제 1 신호에 대한 응답으로, 상기 제 1 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자와 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자 사이에 커플링된 가변 임피던스 회로의 임피던스를 조정하기 위한 수단을 포함하고,
    상기 가변 임피던스 회로의 임피던스를 조정하는 것은 상기 입력 신호의 엔벨로프를 검출하고 그리고 상기 입력 신호의 엔벨로프의 레이트로 상기 임피던스를 변화시키는 것을 포함하고,
    상기 가변 임피던스 회로의 임피던스는, 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자에서 상기 제 2 신호의 전력을 증가시키도록 상기 입력 신호의 전력이 증가할 때 감소되고, 그리고 상기 가변 임피던스 회로의 임피던스는, 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자에서 상기 제 2 신호의 전력을 감소시키도록 상기 입력 신호의 전력이 감소할 때 증가되는, 회로.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 회로는, 조정가능한 LC 회로를 이용하여 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자에서의 임피던스를 조정하기 위한 수단을 더 포함하고,
    제 1 구성에서, 상기 조정가능한 LC 회로는, 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자에서의 제 1 임피던스 및 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 1 단자에서의 대응하는 제 2 임피던스를 생성하고, 상기 제 1 임피던스는 상기 제 2 임피던스보다 작고, 그리고 제 2 구성에서, 상기 조정가능한 LC 회로는, 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 2 단자에서의 제 3 임피던스 및 상기 제 2 쿼터 웨이브 라인의 제 1 단자에서의 대응하는 제 4 임피던스를 생성하고, 상기 제 3 임피던스는 상기 제 4 임피던스보다 큰, 회로.
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