KR20000029153A

KR20000029153A - 기저대역 믹서를 이용한 증폭 시스템

Info

Publication number: KR20000029153A
Application number: KR1019990045116A
Authority: KR
Inventors: 찰스알. 젠츨러; 샌디프 파텔
Original assignee: 케빈 티. 마이클즈; 파워웨이브 테크놀로지스, 인크.
Priority date: 1998-10-19
Filing date: 1999-10-18
Publication date: 2000-05-25
Also published as: US6118339A; EP0998027A1; CA2286540A1; FI19992241A

Abstract

본 발명의 장치 및 방법은 증폭 신호의 주파수 대역 에너지를 측정하며, 그 증폭 신호는 RF 수신입력의 증폭 변환신호이며, 상기 수신 신호는 할당 주파수 대역폭 및 반송 주파수를 가진다. 그러나 상기 반송 주파수는 수신 전에는 미지이며, 따라서 본 발명의 장치 및 방법은 반송 주파수를 구해서 상기 증폭 신호중 대역외 주파수 성분을 줄이는 구조 및 방법이다. 상기 장치는 선형 동작 영역으로 바이어스된 4 쿼드런트 멀티플라이어로서 구성된 믹서를 특징으로 한다. 상기 믹서는 수신신호와 증폭 신호 모두를 받아서 그 출력으로 기저대역 신호를 생성한다. 반송 주파수의 증폭 신호 오프셋 부분에서의 에너지에 의거 왜곡 정정 제어신호를 구하는데 여러 검출 방법이 이용된다. 바람직한 실시예에서 상기 믹서는 길버트 셀 믹서이며, 수신신호는 CDMA 신호이다.

Description

기저대역 믹서를 이용한 증폭 시스템{AMPLIFICATION SYSTEM USING BASEBAND MIXER}

본 발명은 증폭 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 그러한 시스템에 사용된 증폭기의 왜곡을 감소시키는 방법 및 장치에 관한 것이다.

종래 기술에 알려진 바와 같이, 증폭기는 넓은 활용범위를 가지며, 다수의 급중 한 급에서 동작하도록 바이어스될 수 있다. A급에서 동작하게 바이어스되는 경우, 증폭기는 입력 전압과 출력 전압간의 선형 관계를 나타낸다. A급의 동작이 넓은 활용범위를 가지는 경우 출력 전력과 효율을 높일 필요가 있을 때, 그 증폭기는 A/B급에서 동작하도록 바이어스된다. 그러나 A/B급에서 동작하도록 바이어스되는 경우, 상기 A/B급 증폭기 전력 전달 곡선(10)은 도 1의 궤적(14)으로 도시한 A급 증폭기보다 비 선형으로 된다. 효율을 증가시키도록 통상 통신 시스템은 비선형 영역(12)에서 증폭기를 동작시킨다. 그러나 이러한 종래 기술은 그 증폭기가 나타내는 출력 신호에 진폭 및 위상 성분의 왜곡을 일으킨다.

주지의 사실로, 대부분의 통신 시스템은 도 2A에 도시한 반송 주파수(20) 근처에 모여지는 미국 연방통신위원회 할당 주파수 대역폭(18;즉 대역내(in-band) 주파수)을 가진다. 예를 들어 CDMA 통신 시스템은 1.25Mhz의 미리 만들어진 대역폭을 가진다. 다른 CDMA 통신 채널은 주파수 스펙트럼에 있어 다른 대역에 할당된다. 증폭기는 그러한 시스템에 사용되며, 주로 A/B급에서 동작하도록 바이어스된다. 도 2B를 보면, 도 1의 비선형 영역(12)에서 동작하는 증폭기의 증폭에 의한 신호처리에 의하면 신호의 할당 대역폭 외의 왜곡된 주파수 "숄더(shoulder;22a-22b)"가 발생한다. (이를 대역외(out-of band) 주파수라한다.) 이러한 왜곡 주파수 성분(22a-22b)은 다른 통신 신호에 할당된 대역폭과 간섭할 수 있다. 따라서 미국 연방통신위원회는 대역외 주파수 성분에 대해 엄격한 제한을 두고 있다.

이러한 대역외 주파수 왜곡을 줄이려는 여러 기술들이 있는데, 그 중 하나가 도 3에 도시되며, 전치 보상기(24)로 증폭될 신호(25)가 공급된다. 이 전치 보상기(24)는 전력 전달 특성(24a;도 1)을 가지며, A/B급 증폭기(26)에서의 뒤이은 증폭으로 인한 왜곡을 보상한다. 특히 상기 전치 보상기(24)는 상기의 후속 증폭이 입력 신호의 위상 및 주파수 특성에 있어 선형 증폭을 부여하도록 그 입력 신호의 전기적 특성(예를 들어, 이득 및 위상)을 변환한다. 이러한 전치 보상기(24)는 A/B급 증폭기의 비 선형 특성에 대한 사전 측정장치로서 구성된다. 그렇지만 증폭기 특성(도 1의 영역(12)을 가지는 증폭 곡선(10))은 시간 및 온도에 따라 변하여 효과적인 전치보상을 어렵게 만든다. 예를 들어, 증폭기의 온도가 증가함에 따라, 그 비 선형 영역(12)은 보다 선형적 또는 비 선형적으로되어 상기 전치 보상기(24)에 의해 실행된 변환에 있어 보상치의 변경이 수반되어야한다. 일부의 적응 전치 보상기는 온도와 같은 환경적 요인에 의거 전치 보상기 특성을 변경키위한 룩업 테이블을 이용한다. 이러한 룩업 테이블에는 소정의 상황에 사용을 위한 소정의 전치 보상기 제어 설정이 포함된다. 그러나 환경적 요인 단독으로 증폭기 특성에 있어 전치 보상기 특성을 결정할 수 없다. 따라서 시간에 따라 증폭기 특성은 증폭기 부품의 노화로 인해 예측불가능 하게 변한다.

증폭기 왜곡을 줄이는 다른 방법은 도 4에 도시된 피드포워드(feedforward) 보상을 이용하는 것이다. 도면에서 피드포워드 네트워크(31)는 대역외 왜곡을 감소시키는 역할을 한다. 이 피드포워드 네트워크(31)는 차분 회로망 즉 결합기(30), A/B급 증폭기로서 동작하는 메인 증폭기(33), 에러 증폭기(32) 지연 회로(28a,28b) 및 결합기(29)를 구비한다. 상기 차분 회로망(30)은 A/B급으로서 동작한 증폭기(33)에 공급된 신호의 일 부분과 상기 증폭기의 증폭이전에 그에 공급된 신호의 차분을 나타내는 출력 신호를 생성한다. 따라서 상기 차분 회로망(30) 출력 신호의 주파수 성분은 증폭기(33)가 생성한 대역외 주파수 성분(22a-22b)이 된다. 에러 증폭기(32)가 상기 차분 회로망(30) 출력을 증폭 및 변환하여 대역외 주파수 정정 신호를 생성한다. 특히 상기 결합기(29)는 상기 차분 회로망(30)과 증폭기(32)에 의해 생성된 정정 신호와 증폭기(31)의 지연 신호 출력을 결합해서 증폭기(33)로부터의 신호에서 대역외 주파수(22a,22b)를 감소시킨다. 피드포워드 네트워크(31)는 에러 증폭기(32)에서의 지연을 보상하는 지연 라인을 구비한다. 이들 소자들간의 타이밍에 있어서의 미세한 차이는 피드포워드 시스템의 유효성을 줄이게된다. 사용 이전에 부품을 주의깊게 정합할 수 있지만 피드포워드 부품의 노화에 따라 정정 신호 및 처리 신호는 적절히 보상되지 않는 한 놓칠 수 있게된다.

본 발명은 증폭 신호의 주파수 대역내의 에너지를 측정하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 상기 증폭 신호는 RF수신 신호의 증폭 변환 신호이며, 이 수신 신호는 할당 주파수 대역폭과 반송 주파수를 가진다. 그러나 상기 반송 주파수는 수신 이전에는 미지이다.

본 발명의 장치는 능동 장치를 가지며, 선형 영역으로 바이어스된 4 쿼드런트 멀티플라이어로서 구성된 믹서를 특징으로 하며, 상기 믹서는 적어도 2 신호를 결합하며, 그 신호중 하나는 수신 신호이며, 다른 하나는 증폭 신호이다. 믹서는 그 출력으로 기저대역 신호를 생성한다. 본 발명의 장치는 또한 상기 기저대역 신호의 중심 주파수로부터 소정의 오프셋에서 주파수 대역내 에너지를 검출하는 검출기 및 상기 검출기에 응답하여 상기 검출 주파수 대역내 검출 에너지를 감소하는 왜곡 정정 회로를 특징으로 한다.

본 발명의 다른 양상에 따르면 상기 믹서는 길버트 셀 믹서(Gilbert cell mixer)이며, RF 수신 신호는 CDMA 신호이다.

또한 검출기는 검출 에너지에 의거 신호 처리 장치의 특성을 조정하는 왜곡 제어 회로용 제어신호를 생성한다.

따라서 본 발명은 비 파일럿 시스템 그리고 주파수 소인 발생기가 필요치 않은 시스템에서 증폭 왜곡 포함 신호를 기저대역으로 변환하고, 상기 신호의 대역외 주파수 에너지에 의거 대역외 주파수 왜곡 성분을 감소시키도록 증폭기를 조정하는 호모다인 수신 시스템 성능을 가진다.

도 1은 종래 기술에 따른 증폭기 출력 영역을 나타내는 그래프이며,

도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 따른 대역내 및 대역외 주파수를 가지는 신호의 개략도이며,

도 3은 종래 기술에 따른 증폭 시스템의 개략도이며,

도 4는 종래 기술에 따른 다른 증폭 시스템의 개략도이며,

도 5는 본 발명에 따른 전기적 특성을 조정할 수 있는 전치 보상기를 가지는 증폭 시스템의 개략도이며,

도 6a-6c는 도 5의 증폭 시스템에서 생성된 신호의 주파수 스펙트럼에 대한 개략도이며,

도 7은 도 5의 증폭 시스템에서 제어 시스템을 상세히 도시한 개략도이며,

도 8은 도 7의 제어 시스템에서 대역외 주파수 성분의 에너지에 의거 제어 신호를 생성하는 프로세스의 플로우 차트이며,

도 9는 도 7의 제어 시스템에서 생성된 신호의 주파수 성분을 구하는 프로세스의 플로우 차트이며,

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기적 특성을 조정할 수 있는 전치 보상기를 구비하는 증폭시스템의 개략도이며,

도 11은 도 10의 증폭 시스템에서 이용되는, 선형 동작 영역으로 바이어스된 4개의 쿼드런트 멀티플라이어로 구성된 믹서의 개략도이며,

도 12는 제어 시스템을 상세히 도시한 도 10의 증폭 시스템의 개략도이며,

도 13은 대역외 신호 성분들의 다이내믹 레인지를 증가시키도록 구성된 소거 네트워크을 갖는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증폭 시스템의 개략도이며,

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대역외 신호 성분들의 다이내믹 레인지를 증가시키도록 구성된 소거 네트워크를 갖는 증폭 시스템의 개략도이며,

도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대역외 신호 성분들의 다이내믹 레인지를 증가시키도록 구성된 소거 네트워크를 갖는 증폭 시스템의 개략도이며,

도 16은 본 발명의 도 5의 제어 시스템에 의해 제어되는 전기적 특성을 조정할 수 있는 증폭 시스템의 개략도이며,

도 17은 본 발명의 도 10의 제어 시스템에 의해 제어되는 전기적 특성을 조정할 수 있는 증폭 시스템의 개략도이며,

도 18은 본 발명의 도 5의 제어 시스템에 의해 제어되는 전기적 특성을 조정할 수 있는 피드포워드 네트워크를 구비하는 증폭 시스템의 개략도이며,

도 19는 본 발명의 도 10의 제어 시스템에 의해 제어되는 전기적 특성을 조정할 수 있는 피드포워드 네트워크를 구비하는 증폭 시스템의 개략도이며,

도 20은 도 18의 피드포워드 네트워크의 전기적 특성을 제어하는 제어 시스템을 구비하는 증폭시스템의 개략도이며,

도 21은 본 발명의 다수의 성분들을 제어하는 제어 시스템을 구비하는 증폭 시스템의 개략도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

22a, 22b: 대역외 주파수 성분 31, 160: 피드포워드 네트워크

100, 100': 증폭 시스템 101, 103, 103', 109: 라인

102, 110, 154, 156: 증폭기 103", 171: 커플러

104,104': 제어 시스템 105: 전치 보상기

106,106': 믹서 107: 피드백 루프

108: 대역 통과 필터 122: DSP

124: 마이크로콘트롤러 126: 주파수 합성 결합기

146, 146': 소거 네트워크 158: AGC

162: 결합기 164: 가변 위상 네트워크

166: 가변 이득 네트워크 BW: 대역폭

f_c: 반송 주파수

도 5를 보면, 증폭 시스템(100)은 라인 (101)을 통해 그에 입력된 입력 신호를 증폭시킨다. 증폭 시스템(100)은 라인 (103)으로 증폭된 출력 신호를 제공하며, 도 5에 도시된 바와 같이 증폭기(102), 제어 시스템 (104)(도 7에 상세히 도시), 및 전치 보상기(105)를 구비한다. 이러한 실시예에 있어서, 라인 (101)상의 입력신호는 수신된 CDMA 신호이다. 수신된 신호는 소정의 사전에 알려진, 대역폭("BW")을 갖지만; 이와 같이 수신된 신호의 반송 주파수 f_c는 이용가능한 복수의 반송 주파수들 중 어느 하나일 수 있고 사전에 알려져 있지 않다.

증폭기(102)는 A/B급으로 바이어스되어, 비-선형 증폭 특성을 나타낸다. 따라서, 증폭기(102)에 의한 비-선형 증폭은 증폭된 출력 신호에 진폭 및 위상 왜곡을 일으킬 것이다. 따라서, 비-선형적인 출력 전력 대 입력 전력 전달 특성을 나타내도록 작동하는 증폭기(102)를 통해 신호를 통과시키면, 대역폭 BW 밖의 주파수 성분들(즉, 대역외 주파수 성분들)이 생성된다.

그러나, 이러한 실시예에 있어서, 증폭기(102)에 의해 생성된 출력 신호는 제어 시스템(104)을 이용하여 전치 보상기(105)에 제공된다. 전치 보상기(105)는 조정가능한 전기적 특성을 갖는데, 예를 들어, 조정가능한 바이어스 특성 및 파라미터들을 갖는다. 전치 보상기(105)는 라인(101)상의 입력 신호를 수신하고 라인(들) (109)을 통해 제어 시스템(104)의 출력을 수신한다. 전치 보상기(105)의 출력은 증폭기(102)에 제공된다. 전치 보상기(105)는 증폭 시스템(100)이 입력 신호(101)에 대하여 실질적으로 선형인 증폭기 출력 전력 대 입력 신호 전력 전달 특성을 제공할 수 있도록, 대역외 피드백 제어 신호(라인(들) 109상의 신호들)에 따라 선택된 비-선형적인 이득 대 입력 신호 레벨 특성을 갖는다. 따라서, 정상상태에서, 라인(103)으로 출력되는 신호는 대역외 주파수 성분들이 감소되거나 전혀 없는 라인(101)상의 입력 신호의 증폭된 신호이다. 후술하는 바와 같이, 증폭기(102)에서의 드리프트의 결과로, 예를 들어, 증폭 시스템(100)이 다시 정상상태에서 대역외 주파수 성분들이 거의 없거나 전혀 없는 신호를 라인(103)으로 출력하도록, 라인(103)의 출력 신호의 임의의 대역외 주파수 에너지는 검출되어 제어 시스템(104)을 통해 전치 보상기(105)에 제공된다.

더욱 상세하게, 제어 시스템(104)이 증폭기(102)의 출력을 수신하여 전치 보상기(105)에 대한 피드백 제어 신호를 라인(109)에 생성하는 피드백 루프(107)가 제공된다. 제어 시스템(104)는 증폭기(102)에 의해 생성된 신호를 분석하여 수신된 신호의 대역폭 BW을 갖는 반송 주파수, 여기서는 라인(101)상의 입력 신호의 반송 주파수의 위치를 확인하고, 라인(103)상의 출력 신호에서 검출된 왜곡 주파수 성분들의 에너지(즉, 대역폭 BW 외의 에너지)에 대한 피드백 제어 신호를 만들어 라인 (109)로 보낸다. 설명된 실시예에 있어서, 제어 시스템(104)는 주파수에서의 에너지 또는 반송 주파수로부터 주파수 오프셋(예컨대, 주파수 800 KHz에서 및 반송 주파수로부터 1.25MHz)을 측정함으로써 왜곡 주파수 성분들의 에너지를 측정하는데, 여기서 상기 측정 주파수는 입력 신호의 대역폭 밖이다. 라인(109)상의 피드백 제어 신호는 전치 보상기(105)의 특성(예컨대, 이득, 및 위상 또는 전치 보상기의 바이어스 점)을 조절함으로써 라인(103)의 대역외 신호들의 에너지를 제거하기 위해(즉, 감소시키기 위해) 전치 보상기(105)에 접속된다.

도 5를 다시 참조하여 보면, 일 실시예에 있어서, 제어 시스템(104)는 라인 (103)상의 증폭 신호를 수신된 신호의 반송 주파수에 의해 기저대역으로 헤테로다인하고 반송 주파수로부터의 하나 이상의 소정의 오프셋에서 라인(103)상의 출력신호의 에너지를 측정한다. 도 6a-6c를 참조하면, 라인(101)상의 입력 신호의 주파수 스펙트럼(18)을 도 6a에 도시하였다. 비-정상상태의, 즉 보정되기 전의 증폭기 (102)의 비선형 동작에 의해 생성된 대역외 주파수 성분들(22a, 22b)을 갖는 라인 (103)상의 출력신호의 주파수 스펙트럼을 도 6b에 도시하였다. 라인(103)상의 출력신호를 입력신호의 반송 주파수에 의해 기저대역으로 헤테로다인한 결과로 생성된 주파수 스펙트럼을 도 6c에 도시하였다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 라인(101)상의 입력신호는 반송 주파수 fc를 중심으로 하고 기지의 대역폭 BW를 갖는다. CDMA 신호의 경우에, BW는 1.25 MHz이다. 도 6b에 도시된 바와 같이, 증폭기(102)에 의한 증폭은, 정상 상태 이전에, 라인 (103)상의 출력신호에 대역외 왜곡 성분들(22a 및 22b)을 도입시킨다. 제어 시스템 (104)은 라인(103)상의 증폭된 신호(도 6b)를 기저대역에 헤테로다인하여, 신호가 도 6c에 도시된 바와 같이, DC(0 주파수)를 중심으로 하게 만든다. 헤레로다인한 후, 대역외 왜곡 성분들은 DC로부터 BW/2의 오프셋 만큼 큰 주파수 또는 CDMA 신호의 경우에는 0.625 MHz 이상의 주파수로 나타난다. 제어 시스템(104)는 예를 들어, 0.625 MHz 또는 다른 소정의 주파수 오프셋에서 측정된 에너지의 양에 기초하여 제어 신호들을 만들어 낸다. 즉, 제어 시스템(104)는 성분들(22a 및 22b)의 대역외 에너지의 양에 기초하여 제어신호들을 생성한다.

또한 도 7을 참조하면, 일 실시예에 있어서, 제어 시스템(104)이 상세히 도시되어 있는데, 라인(103) 상의 증폭기(102)에 의해 생성된 신호를 헤테로다인하는(여기서, 기저대역으로 끌어내림) 주파수 합성기(126)를 제어하는 마이크로콘트롤러(124)를 포함한다. 믹서(106)은 주파수 합성기(126)의 출력과 라인(103)상의 증폭기 출력을 입력받아 자신의 출력을 대역 통과 필터(108)에 전달하고, 대역 통과 필터는 대역외 왜곡 성분들의 해상도를 증가시키기 위해 헤테로다인된 신호의 대역내 주파수 성분들을 제거한다. 증폭기(110)은 필터링된 신호를 수신하여 그의 증폭된 출력을 A/D 컨버터(120)에 제공하고, A/D 컨버터(120)의 디지탈 출력은 디지털 신호 처리기(DSP) 122에 전달되어 디지털 신호 분석된다. DSP는 구체적으로 A/D 컨버터(120)로부터의 디지털 입력 신호의 스펙트럼을 분석할 수 있록 구성되어 있다. 펌웨어 명령 블록(128)을 처리하는 마이크로콘트롤러(124)는 소정의 오프셋에서의 에너지 측정을 위해 DSP(122)에 질의한다. 마이크로콘트롤러(124)는 전치 보상기(105)의 위상 및 이득과 같은 전기적 특성을 조절하는 라인(109)상의 제어 신호를 생성하기 위해 과거 및 현재의 에너지 측정값을 분석한다.

도 8을 참조하면, 동작시, 마이크로프로세서 명령 블록(128)은 현재의 기저대역 신호 중심 주파수로부터의 오프셋에서의 에너지를 나타내는 측정 데이터에 대해 DSP(122)에 질의함으로써 계속적으로 왜곡 레벨을 모니터한다(단계 132). 과거 및 현재의 측정값을 분석함으로써, 현재의 측정값이 만족스러운지(즉, 왜곡이 시스템의 소정의 최소 레벨로 감소되었는지)를 확인한 후(단계 134), 마이크로프로세서는 라인(109)상에 왜곡 레벨을 감소시키거나 유지시키는 제어신호를 생성한다(단계 136). 라인(109)상의 제어신호들은 상이한 전기적 특성들, 예컨대, 전치 보상기의 위상 및 진폭 특성 또는 전치 보상기의 바이어스 특성을 조정하여 라인(103)상의 출력 신호에 있는 임의의 대역외 주파수 성분들(22a 및 22b)을 제거한다. 왜곡을 줄이는 과정에는 제어신호의 상이한 많은 조합들에 대한 활발한 실험을 통해 왜곡을 최소화하는 한 세트의 제어신호들을 확인하는 과정이 요구될 수 있다는 사실을 유의해야 한다.

도 7을 참조하면, 라인(109)상의 생성 제어 신호 이외에, 마이크로콘트롤러 (124)는 주파수 합성기(126)에 의해 믹서(106)에 공급된 주파수를 제어하는 명령들도 실행한다. 도 9를 참조하면, 동작시, 마이크로콘트롤러(124)는 주파수 합성기 (126)를 이용하여 반송 주파수 f_c를 찾기 위해 주파수 스펙트럼을 점증적으로 주사한다. 마이크로콘트롤러(124)는 주파수 합성기(126)가 저주파를 생성하도록 세팅함으로써 반송 주파수 f_c에 대한 검색을 시작한다(단계 138). 마이크로콘트롤러(124)는 DSP(122)에게 이 주파수에서 반송파 에너지의 크기를 질의한다(단계 140). 이것은 믹서(106)의 신호 출력의 DC 측정값에 해당한다. 마이크로콘트롤러 124는 상기 에너지 측정값을 주파수 합성기 126에 의해 생성된 이전에 선택되었던 반송 주파수에서의 에너지 측정값과 비교한다(단계 142). 만약 비교 결과(단계 142) 소정의 대역폭을 갖는 신호의 에너지 특성이 급격하게 증가하였다면(단계 144), 마이크로콘트롤러(124)는 주파수 합성기를 이 주파수 또는 이 부근의 주파수로 고정할 수 있다. 비교결과(단계 142) 신호가 나타나지 않는다면(즉, 현재 또는 과거의 에너지 측정값이 매우 작은 경우), 마이크로콘트롤러(124)는 주파수 합성기(126)에 의해 생성된 주파수를 증가시킬 것이다. 전형적인 CDMA 시스템에서, 주파수 합성기는 50 KHz 폭으로 증가될 것이다. (다른 또는 랜덤한 검색 패턴이 이용될 수도 있다). 반송 주파수를 찾는 과정은 항상 일정하게 유지되는 할당된 주파수로서 동작개시시에만 수행할 필요가 있다. 그러나, 검색은 적절한 보정(calibration)을 보장하기 위해 주기적으로 반복된다. 검색의 결과는 장치가 동작개시할 때마다 검색할 필요가 없도록 하기 위해 저장될 수 있다. 마이크로콘트롤러(124)의 명령들은 CDMA 신호 이외의 다른 신호들을 검색하도록 변화될 수 있다.

도 10을 참조하면, 다른 실시예에 있어서, 제어 시스템(104)(여기서는 제어 시스템 104'라 한다)는 증폭 시스템의 왜곡을 감소시키기 위한 다른 구성을 갖고 있다. 제어 시스템(104')는 라인 101상의 원래의 입력 신호(도 6a)와 비-정상상태에서, 증폭기 102에 의해 도입된 왜곡 성분들을 포함하는, 라인(103)상의 증폭기 출력(도 6b) 신호를 모두 수신한다. 라인(101)상의 원래 입력 신호와 왜곡성분들을 가질 수 있는 라인(103)상의 신호를 믹싱함으로써, 제어 시스템(104')는 입력 신호의 반송 주파수 f_c를 측정하기 위해 주파수 스펙트럼을 주사할 필요 없이, 신속하게 라인 103상의 증폭된 신호를 기저대역으로 헤테로다인할 수 있다. 즉, 라인(101)상의 입력 신호의 반송 주파수에 대한 검색 대신에, 입력 신호 자체가 호모다인 배열에서 믹서(106';도 12)에 대한 신호로 기능한다. 따라서, 어떤 경우든, 제어시스템(104')는 믹서(106') 및 저역 필터(108)에 의해 제공되는 바와 같은 자동적인 호모다이닝, 믹싱 및 필터링에 의해, 주파수가 대역폭(BW)내, 여기서는 수신된 신호의 중심 주파수내에 위치하게 한다(도 12). 그러나, 이러한 방식으로 신호를 믹싱하는 것은 제어 시스템에 의해 이용되는 믹서에 제한을 가한다.

더욱 상세하게, 많은 믹서들은 왜곡 없이 신호를 곱하는 에너지의 임계치에 의존한다. 예를 들어, 다이오드 믹서에서는 그의 두 개의 입력 신호들의 에너지 가운데 하나라도 믹서 다이오드들을 그들의 선형 영역에서 동작시키는데 요구되는 레벨 밑으로 떨어지면 출력 신호에 왜곡이 발생한다. CDMA 신호를 포함하는 많은 신호들은 때로 이러한 최소 에너지를 제공하지 못하므로, 왜곡을 초래한다.

도 11을 참고하면, 길버트 셀 믹서와 같은 다수의 믹서들은 입력 신호의 에너지가 적어도 선형으로 동작한다. 도시된 바와 같이, 길버트 셀 믹서(106')는 선형 동작 영역으로 바이어스된 4개의 쿼드런트 멀티플라이어로 구성된 능동 소자들을 포함한다. 이러한 능동 소자들은 두 개의 차동 증폭기들(172a-172b 및 174a-174b)를 구동하는 차동 증폭기 176a-176b를 형성한다. 라인(107) 상의 믹서 출력은 필터(108)에서 이용될 수 있다.

도 12를 참조하면, 호모다이닝 믹서(106')를 이용하는, 증폭 시스템(101')는 할당된 주파수 대역 및 반송 주파수를 갖는 수신된 신호의 주파수 밴드의 에너지를 측정하기 위해 도시되었다. 시스템(101')는 믹서가 낮은 입력 신호 레벨을 처리할 수 있도록 하기 위해 선형 동작 영역으로 바이어스된 4개의 쿼드런트 멀티플라이어로 구성된 능동소자들을 갖는 믹서(106')를 구비한다. 믹서(106')는 하나는 수신된 신호이고(즉, 라인 101 상의 원래의 입력 신호) 다른 하나는 라인(103')상의 신호인, 결합기(103")로부터의 라인(103) 상의 출력의 일부분인 한 쌍의 신호들을 수신한다. 믹서(106')의 출력은 믹서(106;도 7)와 마찬가지로 제어 시스템 (104')의 나머지 성분들에 의해 처리되는데, 상기 제어시스템(104')는 도 7과 관련하여 위에서 설명한 바와 같이 기저대역 반송파(중심) 주파수로부터의 소정의 오프셋에서 주파수 밴드의 에너지를 검출한다. 도 7 및 도 12에 설명된 다른 실시예에 있어서는, DSP(122)(및 그의 관련 회로소자)는 각각 중심 주파수로부터의 선택된 오프셋에 있는 신호들만 통과시키도록 되어 있는 대역통과 필터들로 대체될 수 있다는 사실을 유의해야 한다. 다른 회로소자가 각 필터로부터의 에너지를 측정하여 그 데이터를 마이크로프로세서에 제공할 수 있다.

도 13에서, 4개의 쿼드런트 선형 멀티플라이어(즉, 믹서)들의 이용은 다이내믹 레인지 문제를 야기할 수 있다. 그러나, 대역외 왜곡 성분들을 분리하기 위한 대역내 주파수들의 소거는 믹서의 다이내믹 유효 레인지(dynamic effective range)를 증가시킬 수 있다. 따라서, 소거 네크워크(146)는, 마이크로프로세서의 제어하에서, 이러한 분리 기능을 수행하여 실제로 믹서의 다이내믹 레인지를 증가시킨다. 소거 네트워크(146)의 동작 및 구성은 도 14 및 도 15에서 설명하였다.

도 14는 소거 네트워크(146)의 일 실시예를 도시한 것이다. 상기 소거 네트워크(146)은 전압조정가능한 이상기(phase shifter;150)와 전압 조정가능한 감쇠기(148)를 이용하여 라인(103)상의 증폭기 출력 신호에서 대역내 성분들을 소거한다. 마이크로콘트롤러(124)는 이상기(150) 및 감쇠기(148)를 조정하여 라인(101)상의 원래의 입력 신호(도 6a)의 위상을 180°변화시켜 커플러(149a)로부터의 라인(103)상의 신호의 대역내 주파수 성분들을 제거한다. 상기 대역내 주파수 성분들은 커플러(149)를 이용하여 가변 감쇠기(148)의 출력에 커플링된다. 마이크로콘트롤러(124)는 대역내 신호 소거가 최대 수준에 이를 때까지 이상기(150) 및 감쇠기(148)를 반복적으로 조정할 수 있다.

도 15를 참고하면, 다른 실시예의 소거 네트워크(146')는 본 발명이 속하는 기술분야에서 믹서의 다이내믹 레인지를 효과적으로 증가시키는 것으로 알려진 자동 이득 제어기(AGC;158)을 이용한다. AGC(158)는 믹서(106')의 하향 변환 출력이 라인(159a)상 입력의 선형 함수이고 소거 네트워크(146')에 대한 입력의 배수 함수가 되지 않도록 라인(159) 상의 믹서(106')의 국부 발진기(LO) 입력을 일정하게 유지하도록 증폭기(156)를 제어한다. AGC(158)는 또한 증폭기(154 및 156)의 출력들을 정합한다. 위상 및 이득 네트워크(160)는 마이크로콘트롤러(124)가 믹서(106')에 입력되는 신호를 조정하게 하여 다이내믹 레인지를 증가시킨다.

제어시스템(104 및 104')는 전치 보상기(105) 이외의 조정가능한 특성을 갖는 매우 다양한 증폭 시스템 네트워크를 제어할 수 있다. 예를 들어, 특히, 각각 도 5 및 도 12에 대응되는 도 16 및 17을 참조하면, 제어시스템(104 및 104')는 증폭기의 바이어스 점을 변화시킴으로써 증폭기의 증폭 특성을 제어할 수 있다. 전치 보상기는 도시하지 않았지만, 원치 않는 왜곡을 더 감소시키기 위해서 이용될 수 있다. 전문 내용이 본원에 참고자료로 첨부된, 1998년 8월 8일 출원되어 동시에 계류중인 미국특허원 제 09/057,380호에 설명된 바와 같이, 시간이 많이 경과되면(예컨대, 수백 시간) 증폭기는 자주 동작 바이어스 전압상에 드리프트를 나타낸다. 드리프트를 보이는 증폭기에 의한 증폭은 신호에 대역외 왜곡을 도입할 수 있다. 제어시스템(104 및 104')는 증폭기의 바이어스 전류 드리프트를 보상하기 위해, 대역외 주파수 에너지에 기초하여 증폭기의 바이어스를 제어하는 제어 신호를 만들어 낼 수 있다. 이러한 보상 방법은 MOSFET 장치, 특히 게이트 바이어스가 중요한 횡형 MOSFET(lateral MOSFET)에 특히 유용하다.

또한 도 18, 19를 참조하면, 제어시스템(104 및 104')는 피드백 네트워크 (160)의 특성을 조정함으로써 왜곡을 감소시킬 수도 있다. 도 16 및 17에서 설명한 바와 같이, 전치 보상기는 예컨대, 마이크로프로세서의 제어하에서 원치않는 왜곡 성분들을 추가로 감소시키기 위해 유리하게 이용될 수 있다. 도 20에 대역내 주파수 성분들과 대역외 주파수 성분들을 갖는 A/B급 증폭기(102)를 통과한 후 라인 (101)상의 입력 신호의 대역외 주파수 성분들을 감소시키는 증폭 시스템(161)을 도시하였다. 상기 증폭 시스템은 한 쌍의 신호들을 수신하는 결합기(162)를 갖는 피드백 네트워크(160)를 포함한다: 라인(161)상의 제 1 신호(도 6a)는 대역내 주파수 성분들을 갖는 지연 소자(161a)로부터의 신호이고, 라인(163)상의 제 2의 신호(도 6b)는 대역내 주파수 성분들과 대역외 주파수 성분들을 모두 갖는 증폭기 출력에 커플링된 신호이다.

선택적으로 결합기(162)는 제 2 신호로부터 제 1신호를 빼서 대역외 주파수 성분들을 생성할 수 있다. 가변 이득 위상 네트워크(164, 166)는 결합기(162)의 출력을 수신하여 그의 출력을 에러 증폭기(168)에 제공한다. 증폭기(168)는 대역외 주파수 성분들을 증폭시킨다. 제 2의 결합기(170)는 증폭기(168)의 출력(즉, 180°천이된 대역외 왜곡 성분들을 갖는 신호)을 대역외 및 대역내 주파수 성분들을 갖는 지연 소자(169)로부터의 신호에 더한다. 이상적으로, 결합기(170)는 본 발명이 속하는 기술분야에 잘 알려진 바와 같이 대역외 왜곡 성분들이 실질적으로 없는 증폭된 신호를 만들어낸다.

그러나, 위에서 설명한 바와 같이, 피드포워드 네트워크(160) 부품 및 증폭기의 시간의 경과에 따른 변화는 왜곡을 감소시킴에 있어서 피드포워드 네트워크의 효율성을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서, 결합기(170)의 출력은 부분적으로 커플러(171)에 의해 제어 시스템(104)을 갖는 피드백 루프에 커플링된다. 제어 시스템 (104)은 앞서 설명한 바와 같이, 대역외 주파수 성분들의 에너지를 검출하여 이러한 대역외주파수 성분들에서 측정된 에너지와 관련된 피드백 제어 신호를 생성한다. 본 실시예에서 피드백 제어 신호들은 커플링되고 대역외 주파수 성분들에 따라서 이득-위상 네트워크(164, 166)의 특성을 조정한다.

전술한 바와 같이, 도 5 및 도 12에 도시된 바와 같은 전치 보상기는 예컨대 도 20의 마이크로프로세서(122)의 제어하에서 원치않는 왜곡 성분들을 추가로 감소시키기 위해 유리하게 이용될 수 있다. 또한, 예시적인 실시예 도 19 및 20과 관련하여, 마이크로프로세서(122)는 전치 보상기, 메인 증폭기(102), 이득 위상 회로 또는 증폭된 출력 신호의 왜곡을 감소시키는 기타 장치들의 바이어스 파라미터를 조정하기 위해 이용될 수 있다.

도 21을 참조하면, 제어 시스템(104 또는 104')는 증폭기 시스템의 여러 가지 구성요소들을 제어하여 전체적으로 왜곡이 감소된 증폭 출력 신호를 만들어 낸다. 도시된 바와 같이, 제어 시스템(104)은 전치 보상기(105), 메인 증폭기(102)의 바이어스 점 및 피드포워드 네트워크의 특성을 제어한다. 따라서, 상이한 개개의 증폭 시스템 네트워크(예를 들어, 전치 보상기)들이 결합되어 대역외 주파수 성분들에서 검출된 에너지에 따라 제어 시스템에 의해 제어가능한 특성을 갖는 대형 네트워크(즉, 전치 보상기, 및 증폭기 및 피드포워드 네트워크)을 형성한다.

지금까지의 전반적인 설명은 라인(101) 상의 입력 신호는 사전 미지의 반송 주파수를 갖는 단일 채널, 대역제한 신호라는가정하에 이루어졌다. 예컨대 도 7 및 20과 관련하여 설명된 전치 보상기는 입력 신호가 각 채널이 대역 제한 신호를 갖는 다 채널 신호인 경우에도 이용될 수 있다. 다 채널 입력이 이용되는 경우에, 보상 시스템은 다른 채널이 존재하지 않는 것처럼, 하나의 채널을 찾아 해당 채널에 대한 대역외 주파수 성분들을 최소화한다. 이어서, 하나의 채널에 대해 이용된 설정이 모든 채널들에 대해 이용된다.

따라서 도 7 및 도 20의 실시예의 동작 구조 및 동작 방법은 동일하다. 마이크로프로세서(124)에 의해 형성된 주파수 발생기(126) 서치 패턴이 단일 채널의 경우와 동일하도록, 예컨대, 선형 또는 랜덤 소인(random seep)이 되도록 채널을 최소화하는 것은 어렵지 않을 것으로 생각된다.

또한, 본원에 개시된 실시예의 및 기타의 변형들은 본 발명이 속하는 기술분야의 실무자들에게 자명할 것이고 첨부된 특허청구범위의 정신 및 범위내에 포함될 것이다.

본 발명의 증폭 시스템은 반송 주파수를 갖는 RF 신호의 대역외 주파수 성분들을 감소시킴으로써 증폭기에 의한 왜곡을 감소시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Claims

증폭 신호의 주파수 대역의 에너지를 측정하는 장치로서, 상기 증폭 신호가 RF수신 신호의 증폭 변환 신호이며, 그 수신 신호는 할당 주파수 대역폭 및 반송 주파수를 가지는 주파수 대역 에너지 측정장치에 있어서:

선형 동작 영역으로 바이어스된 4 쿼드런트 멀티플라이어로서 구성되며, 한 신호는 수신 신호이며, 한 신호는 증폭 신호인 한 쌍의 신호를 결합하며, 출력에서 기저대역 신호를 출력하는 믹서;

상기 기저대역 신호의 중심주파수에서 소정의 오프셋을 가지는 주파수 대역내 에너지를 검출하는 검출기; 및

상기 검출기에 응답하여 상기 주파수 대역내의 검출 에너지를 감소하는 왜곡 정정 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 증폭 신호 주파수 대역 에너지 측정장치.
제 1항에 있어서, 상기 검출기는 대역외 주파수에 대응하는 에너지를 검출하는 것을 특징으로 하는 증폭신호 주파수 대역 에너지 측정장치.
제 1항에 있어서, 상기 믹서는 길버트 셀 믹서(Gilbert cell mixer)인 것을 특징으로 하는 증폭신호 주파수 대역 에너지 측정장치.
제 1항에 있어서, 상기 RF 수신신호는 CDMA신호를 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭 신호 주파수 대역 에너지 측정장치.
제 1항에 있어서, 상기 검출기는 검출 에너지에 의거 신호 처리장치의 특성을 조정하기 위해 상기 왜곡 정정 회로용 제어신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 증폭 신호 주파수 대역 에너지 측정장치.