KR20000069382A - 병렬 스테이지 파워 증폭기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 입력 신호에 응답하여 증폭된 신호를 제공하는 증폭기 회로(40)에 관한 것이다. 증폭기 회로(40)는 다수의 증폭기 스테이지중 선택된 적어도 하나에 입력 신호를 공급하는 입력 네트워크(44)를 포함한다. 출력 네트워크(48)는 선택된 적어도 하나의 증폭기 스테이지로부터 증폭된 신호를 결합하기 위하여 제공된다. 증폭기 스테이지는 증폭된 신호의 적정 파워값에 응답하여 제어 회로에 의하여 선택된다. 적정 출력 파워 레벨을 제공하는데 필요한 증폭기 스테이지(들)만을 선택적으로 동작시킴으로써, 광범위한 동적 범위에 걸쳐 선형으로 동작하는 증폭기를 요구하는 응용분야에서 DC 효율이 증가될 수 있다.

Description

병렬 스테이지 파워 증폭기 {EFFICIENT PARALLEL-STAGE POWER AMPLIFIER}
코드 분할 다중 접속(CDMA) 변조 기술의 사용은 다수의 시스템 사용자가 존재하는 통신을 용이하게 하기 위한 몇몇 기술중 하나이다. 시분할 다중 접속(TDMA), 주파수 분할 다중 접속(FDMA), 진폭 압신 단일 측파대(ACSSB)와 같은 진폭 변조(AM) 방식 등과 같은 다른 기술이 공지되어 있지만, CDMA는 이런 다른 기술 이상의 두드러진 장점을 가진다. 다중 접속 통신 시스템에서의 CDMA 기술의 사용은 "위성 또는 지상 중계기를 사용한 스펙트럼 확산 다중 접근 통신 시스템"으로 명명된 미국 특허 공보 제4,901,307호에 개시되어 있으며, 상기 특허는 본 발명의 양수인에게 양수되었으며, 본 출원에 참고된다.
상기 특허에서, 다중 접속 기술이 공지되어 있는데, 여기에서 각각 트랜시버를 가지는 다수의 이동 전화 시스템 사용자는 코드 분할 다중 접속(CDMA) 스펙트럼 확산 통신 신호를 사용하여 위성 중계기 또는 지상 기지국(또한 셀-사이트국, 또는 간단히 셀-사이트로 공지된)을 통해 통신한다. CDMA 통신의 사용시, 주파수 스펙트럼은 여러번 재사용될 수 있어 시스템 사용자 용량을 증가시킨다. CDMA 사용은 다른 다중 접속 기술을 사용하여 달성될 수 있는 것보다 훨씬 큰 스펙트럼 효율을 가져온다. CDMA 시스템에서, 시스템 용량의 증가는 다른 시스템 사용자에 대한 간섭을 감소시키기 위해 각각의 사용자와 관련된 휴대 장치의 송신기 파워를 제어함으로써 실현될 수 있다.
지상 CDMA 셀룰러 통신 시스템에서, 소정 시스템 대역폭에 의해 지원될 수 있는 동시 통신 링크 수와 관련한 용량을 최대화시키는 것이 요구된다. 송신된 신호가 데이터 재생을 허용할 수 있게 하는 최소 신호 대 잡음 간섭 비로 셀-사이트 수신기에 도달할 수 있도록 휴대 장치의 송신기 파워가 제어된다면 시스템 용량이 최대화될 수 있다. 휴대 장치에 의해 송신된 신호가 너무 낮은 파워 레벨로 셀-사이트 수신기에 도달하는 경우에, 비트 에러율이 너무 높아질 수 있어 고품질 통신을 제공하지 못할 것이다. 한편, 이동 장치의 전송 신호가 셀-사이트 수신기에 수신될 때 이동 장치 전송 신호를 너무 높은 파워 레벨로 설정함으로써 통신이 허용될 경우에, 동일한 채널, 예를 들어 대역폭을 공유하는 다른 이동 장치의 전송 신호와 간섭이 발생할 것이다. 이런 간섭은 전체 통신 휴대 장치의 수가 감소되지않는한 다른 이동 장치와의 통신에 악영향을 끼칠 것이다.
셀-사이트에서 각각의 이동 장치로부터 수신된 신호들이 측정되고, 측정 결과는 요구된 파워 레벨과 비교된다. 이런 비교에 기초하여 셀-사이트는 적정 통신을 유지하는데 필요한 파워 레벨과 수신된 파워 레벨간의 편차를 결정한다. 바람직하게 적정 파워 레벨은 시스템 간섭을 감소시켜 고품질의 통신을 유지하는데 필요한 최소 파워 레벨이 된다.
다음에 셀-사이트는 휴대 장치의 송신 파워를 조절 또는 "미세 조정"하도록 파워 제어 명령 신호를 각각의 시스템 사용자에게 송신한다. 이 명령 신호는 휴대 장치에 이용되어 송신 파워 레벨이 휴대 장치와 셀-사이트사이에서 역방향 링크상의 통신을 유지하는데 요구되는 레벨에 가깝게 변경되도록 한다. 일반적으로 휴대 장치의 이동에 따른 채널 상태 변경에 따라, 셀-사이트로부터의 휴대 장치 수신기 파워 측정 및 셀-사이트로부터의 파워 제어 피드백은 송신 파워 레벨을 연속적으로 조절되어 적정 파워 레벨이 유지되도록 한다.
이러한 종류의 파워 제어 기술의 이용은 휴대 장치 송신기가 상대적으로 광범위한 동적 범위를 걸쳐 선형 동작할 수 있을 것을 요구한다. 현재 휴대 장치는 배터리 파워로 동작하기 때문에, 송신기 파워 증폭기가 CDMA 통신 시스템의 일반적인 동적 범위에 걸쳐 효율적인 선형 동작이 가능할 것이 요구된다. 통상저거인 파워 증폭기 설계, 가변 이득 및 고정이득은 광범위한 동적 범위에 걸친 필요한 효율 및 선형성을 제공하지 못하기 때문에, 이러한 성능을 제공할 수 있는 파워 증폭기가 요구된다.
본 발명은 신호 증폭기에 관한 것으로서, 특히 다중 병렬 증폭 장치를 사용함으로써 광범위한 동적 범위에 걸쳐 고효율의 선형 신호 증폭을 제공하는 방법 및 회로 장치에 관한 것이다.
도 1은 적어도 하나의 셀-사이트 및 다수의 휴대 장치를 포함하는 셀룰러 전화 시스템의 예에 대한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 병렬 스테이지 증폭기의 블록도이다.
도 3은 도 2의 병렬 스테이지 증폭기내의 증폭기 스테이지(A1-A4)를 바이어스시키는 방식을 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 병렬 스테이지 증폭기의 선택적인 실시예의 블록도이다.
도 5A는 입력 및 출력 스위칭 기능이 증폭기 스테이지 자체에 내재된 본 발명의 선택적인 실시예를 도시한다.
도 5B는 입력 및 출력 스위칭 기능이 증폭기 스테이지 자체에 내재된 본 발명의 다른 실시예를 도시한다.
도 6은 본 발명의 효율적인 병렬 스테이지 증폭기와 결합되는 휴대 장치 스펙트럼 확산 송신기의 블록도이다.
도 7은 도 6의 스펙트럼 확산 송신기내에 포함된 RF 송신기의 예시도이다.
도 8은 저노이즈 신호 증폭용으로 설계된 본 발명의 병렬 스테이지 증폭기의 실시예에 대한 블록도이다.
도 9는 본 발명의 단일 스테이지의 병렬 스테이지 증폭기로서 이용되는 이중 트랜지스터 증폭기를 나타내는 도면이다.
도 10은 증폭기 스테이지의 이득이 오프셋되는 본 발명의 병렬 스테이지 증폭기의 변환 특성을 도시한다.
도 11은 입력 및 출력 스위칭 기능이 증폭기 스테이지 자체에 내재된 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한다.
대체로, 본 발명은 선형성은 유지하고 효율은 개선하면서 입력 신호에 응답하여 증폭된 신호를 제공하는 증폭기 회로 형태를 취한다. 증폭기 회로는 제 1 및 제 2 병렬 접속 증폭기 스테이지중 선택된 하나에 입력 신호를 인가하는 입력 스위치를 포함하며, 상기 제 1증폭기 스테이지는 제 1입력 신호 동적 범위에 걸쳐 일정한 이득을 제공하도록 바이어스되며, 제 2증폭기 스테이지는 제 2입력 신호 동적 범위에 걸쳐 일정한 이득을 제공하도록 바이어스된다. 출력 네트워크는 선택된 증폭기 스테이지로부터 증폭된 신호를 결합하기 위하여 제공된다.
바람직한 실시예에서, 출력 네트워크는 선택된 증폭기 스테이지의 출력 노드에 접속하기 위한 출력 스위치를 포함하며, 증폭된 신호의 파워를 측정하는 파워 측정 회로를 더 포함한다. 스위치 제어 회로는 증폭된 출력 신호의 측정된 파워가 소정 출력 범위를 벗어날 때 입력 및 출력 스위치와 다른 증폭기 스테이지의 연결을 제어하기 위하여 제공될 수 있다. 디지털 송신기내에서 본 발명을 구현할 때, 스위치 제어 회로만이 입력 스위치 매트릭스와 출력 네트워크가 입력 신호내의 디지털 워드 또는 심볼사이의 전이 중에 다른 증폭기 스테이지를 선택하도록 한다.
일 실시예에서, 입력 신호는 다수의 상이한 최종 스테이지 트랜지스터 장치에 직접 제공된다. 장치의 각각의 게이트는 블록킹 캐패시터에 의하여 DC적으로 격리되지만 입력 신호의 RF 주파수에서 서로 연결된다. 스위치 로직은 입력 신호 증폭에 요구되는 장치에만 DC 바이어스 전류를 선택적으로 제공한다. 따라서, 해당 입력 신호 증폭에 대하여 요구되는 장치만을 바이어스시킴으로써, DC 효율이 상당히 개선된다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 설명한다.
Ⅰ. CDMA 셀룰러 통신 소개
지상 셀룰러 전화 통신 시스템의 예가 도 1에 도시되어 있다. 도 1에 도시된 시스템은 시스템 휴대 장치 사용자와 셀-사이트사이의 통시에서 CDMA 변조 기술을 이용한다. 각각의 휴대 장치 사용자는 휴대 트랜시버(예를 들어 휴대 전화)에 의하여 하나 이상의 셀-사이트와 통신하며, 각각의 트랜시버는 본 발명의 효율적인 병렬 파워 증폭기와 결합될 수 있는 송신기를 포함한다. 여기에서 용어 "휴대 장치"는 설명을 위하여 원격 가입자 스테이션을 의미한다. 그러나, 휴대 장치는 고정될 수 있다. 휴대 장치는 다수 사용자 집중 가입자 시스템의 일부일 수 있다. 휴대 장치는 음성, 데이터 또는 이들 신호 타입의 결합을 처리하기 위하여 이용될 수 있다. 용어 "휴대 장치"는 단지 용어일 뿐이며 장치의 범위 또는 기능을 한정하는 것은 아니다.
도 1에서, 시스템 제어기 및 스위치(10)는 일반적으로 시스템 제어 정보를 셀-사이트에 제공하는 적합한 인터페이스 및 처리 하드웨어를 포함한다. 제어기(10)는 공중 교환 전화망(PSTN)으로부터 적당한 휴대 장치로 전송하기 위한 셀-사이트까지 전화 통화의 라우팅을 제어한다. 제어기(10)는 또한 적어도 하나의 셀-사이트를 통하여 휴대 장치에서 PSTN으로 통화의 라우팅을 제어한다. 제어기(10)는 휴대 장치가 일반적으로 서로 통화하지 않기 때문에 적당한 셀-사이트를 통하여 휴대 장치 사용자사이에서의 통화를 제어할 수 있다.
제어기(10)는 전용 전화 라인, 광섬유 링크와 같은 여러 가지 수단 또는 무선 주파수 통신에 의하여 셀-사이트에 연결될 수 있다. 도 1에서, 두 개의 셀-사이트(12, 14)의 예가 두 개의 휴대 장치(16, 18)의 예와 함께 도시된다. 화살표(20a-20b, 22a-22b)는 각각 셀-사이트(12)와 휴대 장치(16, 18)사이의 가능한 통신 링크를 나타난다. 화살표(24a-24b, 26a-26b)는 각각 셀-사이트(14)와 휴대 장치(16, 18)사이의 가능한 통신 링크를 한정한다. 셀-사이트(12, 14)는 일반적으로 동일 파워를 사용하여 전송한다.
휴대 장치(16)는 경로(20a, 26a)상에서 셀-사이트(12, 14)로부터 수신된 전체 파워를 측정한다. 유사하게, 휴대 장치(18)는 경로(22a, 24a)상에서 셀-사이트(12, 14)로부터 수신된 파워를 측정한다. 각각의 휴대 장치(16, 18)에서, 신호 파워는 신호가 광대역 신호인 수신기에서 측정된다. 따라서, 이러한 파워 측정은 의사 노이즈(PN) 스펙트럼 확산 신호와 수신된 신호를 상관시키기 전에 이루어진다.
휴대 장치(16)가 셀-사이트(12)에 가까워질 때, 수신된 신호 파워는 일반적으로 경로(20a)를 이동하는 신호에 의하여 좌우된다. 휴대 장치(16)가 셀-사이트(14)에 가까워질 때, 수신된 신호 파워는 일반적으로 경로(26a)를 이동하는 신호에 의하여 좌우된다. 유사하게 휴대 장치(18)가 셀-사이트(14)에 가까워질 때, 수신된 신호 파워는 일반적으로 경로(24a)를 이동하는 신호에 의하여 좌우된다. 휴대 장치(18)가 셀-사이트(12)에 가까워질 때, 수신된 신호 파워는 일반적으로 경로(22a)를 이동하는 신호에 의하여 좌우된다.
각각의 휴대 장치(16, 18)는 가장 가까운 셀-사이트에 대한 경로 손실을 추정하기 위하여 최종 측정치를 이용한다. 추정된 경로 손실은 휴대 안테나 이득 및 셀-사이트G/T에 대한 지식과 함께 셀-사이트(12, 14) 수신기에서 적정 캐리어 대 노이즈 비를 얻는데 필요한 공칭 송신기 파워를 결정하기 위하여 이용된다. 셀-사이트(12, 14) 파라미터에 대한 휴대 장치의 지식은 메모리에 고정되어 셀-사이트(12, 14) 정보 방송 신호 설정 채널로 전송되어 특정 셀-사이트에 대한 그 외의 공칭 조건을 표시하도록 한다.
휴대 장치(16, 18)가 셀-사이트(12, 14)를 통하여 이동할 때, 광범위한 동적 범위에 걸쳐 송신 파워를 조정할 필요가 있다. 광범위한 동적 범위를 걸쳐 신호를 증폭할 수 있는 파워 증폭기가 존재하지만, 관련 이득 변화는 휴대 장치 송신기의 나머지 부분의 설계를 복잡하게 하는 경향이 있다. 일정 이득을 나타내는 것 이외에, 휴대 장치가 관련되는 전체 동적 범위에 걸쳐 효율적으로 동작함으로써 증폭기 유지 배터리 파워를 전송하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따라 이들 및 그 외의 목적에 적합한 고효율 선형 이득 파워 증폭기가 제공된다.
Ⅱ. 효율적인 병렬 파워 증폭기의 개요
도 2는 본 발명의 병렬 스테이지 증폭기(40)의 개략적인 블록도를 도시한다. 일반적으로 디지털 변조된 RF 통신 신호인 입력 신호는 RF 송신 변조기(도시안됨)로부터 입력 네트워크(44)에 의하여 수신된다. 입력 네트워크(44)는 입력 신호를 예로 도시된 4개의 병렬 증폭기 스테이지(A1-A4) 세트중 적어도 하나로 중계한다. 가장 간단한 실시예에서, 입력 네트워크(44)는 병렬 증폭기 스테이지(A1-A4)중 하나에 입력 신호를 제공하는 스위치 매트릭스이다. 그러나, 병렬 증폭기 스테이지(A1-A4)에 대한 다른 실시예에 의하여 입력 스위칭이 왜곡과 신호 손실을 최소화하도록 할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 증폭기 스테이지(A1-A4)는 각각 고주파수 전계 효과 트랜지스터(FET) 또는 양극성 접합 트랜지스터(BJT) 파워 증폭기를 포함한다.
증폭기 스테이지(A1-A4)로부터의 출력은 출력 네트워크(48)에 제공되고, 출력 네트워크(48)는 선택된 증폭기 스테이지 또는 스테이지(A1-A4)로부터의 증폭된 RF 출력 신호를 증폭기 노드(52)로 연결한다. 출력 네트워크(48)는 스위치 매트릭스 등을 이용하여 구현될 수 있지만, 이하에 설명되는 출력 네트워크(48)의 실시예(도 4참조)는 출력 스위칭에서 왜곡과 신호 손실을 최소화하도록 한다. 증폭된 RF 신호는 전송 안테나(도시안됨) 및 스위치 로직(56)에 제공된다. 스위치 로직(56)은 출력 노드(52)에서 증폭된 RF 신호의 레벨을 모니터링하고 입력 네트워크(44) 및 출력 네트워크(48)에 지시하여 모니터링된 출력 신호 레벨에 포함된 범위에 걸쳐 출력 파워를 제공하도록 설계된 증폭기 스테이지(A1-A4)를 선택하도록 한다. 선택적인 실시예에서, 스위치 로직(56)은 관련 기지국으로부터의 수신된 파워 레벨 또는 파워 제어 명령을 모니터링할 수 있다.
도 3의 바람직한 실시예에서, 증폭기 스테이지(A1-A4)는 각각 상이한 출력 신호 범위에 걸쳐 동일한 이득을 제공하도록 바이어스된다. 실시예에서, 증폭기 스테이지(A1)는 최고 -23dBm의 입력 신호에 응답하여 최고 5dBm의 출력 파워에 대한 약 28dB의 선형 이득을 제공하도록 바이어스된다. 유사하게 증폭기 스테이지(A2, A3, A4)는 각각 상이한 출력 신호 범위에 걸쳐 스테이지(A1)로서 동일 선형 이득을 형성하도록 바이어스된다. 특히, 도 3의 실시예에서, 증폭기 스테이지(A2)는 -23 내지 -13dBm 사이의 입력 신호에 응답하여 5-15dBm의 범위에 걸쳐 출력 신호 에너지를 형성하며, 증폭기 스테이지(A3, A4)는 -13 내지 -4 및 -4 내지 +1dBm사이의 입력 신호에 응답하여 최고 15-24 및 24-28dBm 사이의 출력 신호 에너지를 형성한다. 증폭기 스테이지가 FET 또는 BJT 장치로 구현될 때, 바이어스 네트워크(도시안됨)는 바이어스 전류 레벨을 특정 출력 범위에 걸쳐 동작하는데 요구되는 각각의 증폭기 스테이지에 공급하는데 이용된다. 도 3의 이득값 및 범위는 특정 실시예일 뿐이며 완전히 상이한 입력 및 출력 파워 범위가 선택적인 실시예와 관련될 수 있다.
도 3의 특정한 경우와 관련하여, 입력 신호 레벨이 증가되어 -23dBm에 도달하고 있다고 가정한다. 이 경우, RF 출력 신호의 레벨이 약 5dBm까지 상승되었다는 것을 스위치 로직(56)이 감지할 때 까지 입력 신호는 증폭기 스테이지(A1)로 계속 인가될 것이다. 이 때에, 스위치 로직(56)은 입력 네트워크(44)에 명령하여 입력 신호를 증폭기 스테이지(A2)로 인가하도록 하고 출력 네트워크(48)에 지시하여 A2로부터 최종 증폭된 RF 출력 신호와 출력 노드(52)를 결합하기 시작하도록 한다. 증폭기 스테이지(A2, A3)사이 및 증폭기 스테이지(A3,A4)사이의 유사한 변환은 RF 출력 신호 레벨이 각각 15 및 24dBm에 도달할 때 스위치 로직(56)에 이하여 제어된다. 선택적으로, 스위치 로직(56)은 입력 신호 레벨이 변화되면서 전환 경계부분에 인접할 때 인접 증폭기 스테이지(A1-A4)사이의 과도 스위칭을 방지하기 위하여 히스테리시스를 제공할 수 있다. 각각의 증폭기 스테이지(A1-A4)는 특정 RF 출력 신호 범위에 걸쳐 동일 이득을 나타내도록 구현되기 때문에, 병렬 증폭기(40)는 전체 출력 범위에 걸쳐 일정 이득을 가지는 단일 증폭기로서 회로 엘리먼트를 포괄하는 것으로 나타난다. 본 발명의 이러한 특징은 바람직하게 관련 RF 송신 회로의 설계를 간단하게 하는데, 이는 출력 신호 범위에 걸친 이들 변화를 수용할 필요성이 없기 때문이다. 바람직하게 도 3에 도시된 단지 하나의 개별 증폭기 스테이지(A1-A4)만이 한번에 턴 온될 수 있지만, 이하에 설명되는 다른 실시예에서는 적정 RF 출력을 얻도록 한번에 여러 가지 조합의 증폭기 스테이지를 턴 온/오프시킬 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 디지털 변조된 입력 신호 내에 내재된 디지털 워드 또는 심볼사이의 경계와 관련된 타이밍 정보는 국부 제어 프로세서로부터 스위치 로직(56)에 제공된다. 본 발명의 다른 특징에 따르면, 스위치 로직(56)만이 입력 네트워크(44) 및 출력 네트워크(48)에 명령하여 입력 신호내의 디지털 워드 또는 심볼사이의 전환 중에 증폭기 스테이지(A1-A4)중 하나를 선택하도록 한다. 이는 증폭기 스테이지(A1-A4)를 통한 신호 경로사이의 위상차가 증폭된 RF 출력 신호에 의하여 운반되는 디지털 정보를 손상되지 않도록 한다. 예를 들어, 이하에 설명되는 CDMA 변조 포맷의 예에서, 디지털 입력 데이터 스트림은 직교 월시 코드 또는 "심볼" 세트를 이용하여 인코딩된다. 이 실시예에서, 스위치 로직(56)은 입력 네트워크(44) 및 출력 네트워크(48)에 명령하여 월시 심볼사이의 전이중에만 증폭기 스테이지(A1-A4)사이를 스위칭하도록 한다. 실시예에서 각각의 월시 심볼 주기는 RF 출력 파워의 변화율보다 상당히 짧기(예를 들어 3.25ms) 때문에, 다른 출력 범위로 RF 출력 신호 레벨을 교차시키는 시간에 근접하게 증폭기 스테이지를 스위칭시킬 수 있는 다수의 기회가 존재한다.
도 4에서, 본 발명의 병렬 스테이지 증폭기(90)의 선택적인 실시예에 대한 블록도가 도시된다. 일반적으로 디지털 변조된 RF 통신 신호인 입력 신호인 입력 신호는 제 1 직교 위상 분할기(94)에 의하여 수신된다. 제1 직교 위상 분할기(94)는 입력 신호를 동일 진폭 및 직교 위상을 가진 한 쌍의 입력 신호 성분으로 분할한다. 제 1 직교 위상 분할기(94)로부터의 직교 위상 신호성분은 제 2 및 제 3 직교 위상 분할기(98, 102)로 제공된다. 제 2 직교 위상 분할기(98)는 직교 위상 출력을 이득 조정 엘리먼트(G1, G2)로 제공하고 제 3 직교 위상 분할기(102)는 직교 위상 출력을 이득 조정 엘리먼트(G3, G4)로 제공한다. 이득 조정 엘리먼트(G1-G4)는 각각 고정 이득 증폭기(F1-F4)중 대응하는 것과 직렬로 접속되며, 각각의 이득 조정 엘리먼트 및 고정 이득 증폭기의 접속은 조절가능한 이득 증폭기 스테이지를 형성한다.
조절가능한 이득 증폭기 스테이지의 출력은 제 1, 제 2 및 제 3 직교 위상 결합기(106, 110, 114)의 배열을 이용하여 결합된다. 최종 증폭된 출력 신호는 송신 안테나(도시안됨) 및 이득 제어 로직(118)으로 전달된다. 이득 제어 로직(118)은 조절가능한 이득 증폭기 스테이지의 여러 가지 조합을 선택하고 각각의 조절가능한 이득 스테이지의 이득을 설정함으로써 전체 증폭기 이득을 설정한다. 도 4의 실시예에서, 각각의 고정 이득 증폭기(F1-F4)는 N dB의 동일한 공칭 이득을 제공하도록 바이어스되고, 각각의 이득 조절 엘리먼트(G1-G4)는 -3dB 또는 0dB의 이득/감쇠로 설정될 수 있다. 이는 표 1에 나타난 것처럼 조절가능한 이득 증폭기 스테이지중 선택된 스테이지의 이득을 설정함으로써 적정 레벨의 RF 출력 파워가 발생되도록 한다.
표 1내의 제 1 행의 엔트리를 참조로, 각각의 증폭기(F1-F4)가 작동되고 각각의 이득 조절 엘리먼트(G1-G4)가 -3dB로 설정되면, N dB의 RF 출력 파워가 형성된다. RF 출력 파워가 (N-3)dB에 가깝게 출력 신호 레벨이 감소하면, 고정 이득 증폭기(F3, F4)는 턴 오프되고 이득 조절 엘리먼트(G1, G2)는 0dB로 설정된다. 표 1에 나타난 바와 같이, 고정 이득 증폭기(F3, F4)가 턴 오프될 때, 이득 조절 엘리먼트(G1, G2)의 설정은 무의미하다. 따라서 RF 출력 파워 레벨이 (N-6) dB로 감소될 것이 요구된다면, 고정 이득 증폭기(F2)는 턴 오프되고 이득 조절 엘리먼트(G1)는 0dB로 복귀된다. 제어 프로세서로부터의 타이밍 정보는 입력 신호 내에 내재된 디지털 워드 또는 심볼사이의 전이중에만 제어 로직(118)이 고정 이득 증폭기(F1- F4)가 온/오프로 스위칭되도록 하며, 이득 제어 로직(118)은 출력 파워가 스위칭 경계부분 근방으로 변경될 때 이득 조절 엘리먼트(G1-G4) 및 고정 이득 증폭기(F1- F4)의 과도 스위칭을 방지하기 위하여 히스테리시스를 제공할 수 있다.
증폭기 스테이지의 출력 임피던스는 이들이 제 1, 제 2 및 제 3 직교 위상 결합기(106, 110, 114) 때문에 턴 오프될 때는 중요하지 않다. 그러나, DC 효율은 적정 RF 출력 파워를 형성하기 위하여 필요한 이들 증폭기 스테이지(F1-F4)만을 턴온 시킴으로써 유지된다.
도 4가 바람직한 실시예를 나타내지만, 위상 시프팅 및 결합을 이용하는 다른 실시예도 가능하다. 예를 들어, 이득 조절 엘리먼트(G1-G4)는 두 개의 이득 조절 엘리먼트로 대체될 수 있으며, 상기 각각의 이득 조절 엘리먼트는 직교 위상 분할기(98, 102) 바로 앞에 배치된다. 선택적으로, 단일 이득 조절 엘리먼트는 직교 위상 분할기(94) 바로 앞에 배치될 수 있다. 극단적으로, 이득 조절 엘리먼트(G1-G4)는 모두 제거되어, 증폭기(90)의 전체 이득상의 변화는 본 발명을 이용하는 시스템내의 다른 회로에 의하여 보상될 수 있다. 또한, 직교 위상 분할기(94, 98, 102) 및 직교 위상 결합기(106, 110, 114)는 소정 타입의 위상 시프터에 의하여 대체될 수 있다. 직교 위상 분할기와 결합기의 수는 병렬 증폭 스테이지의 수에 의해서만 유도된다.
도 5A에는 본 발명의 다른 실시예가 도시되는데, 여기서 증폭기 스테이지사이의 선택은 각각의 스테이지를 포함하는 트랜지스터 증폭기를 턴 온/오프함으로써 달성된다. 도 5A의 실시예에서, 각각의 증폭기 스테이지(A1-A4)는 하나 이상의 필드 효과 트랜지스터(FET) 장치로 구성되는 것으로 생각한다. 그러나, 각각의 이들 증폭기 스테이지는 BJT 또는 그 외의 장치로 구성될 수 있다. 소정 스테이지는 스테이지를 포함하는 FET 장치를 작동시킴으로써 선택되며, 소정 FET 장치를 턴 오프시키고 파워 오프된 FET의 출력 임피던스가 파워 오프된 FET에 의한 역 부하를 최소화시키도록 높아지게 함으로써 선택으로부터 제외된다. 이러한 방식에서, 적정한 수의 스테이지의 부가적인 조합은 각각의 증폭기 스테이지(A1-A4)에 대한 FET 장치를 선택적으로 턴 온/오프시킴으로써 달성된다. 도 2의 실시예와 대조적으로, 입력 스위칭 기능 및 출력 스위칭 기능은 FET 장치 자체에 내재되어 있다. 따라서, 스위치 로직(56)은 증폭기 스테이지(A1-A4)를 직접 제어한다.
출력 네트워크(48)는 증폭기 스테이지(A1-A4) 및 출력 노드(52)사이에 각각 연결된 매칭 엘리먼트(66-69)를 포함한다. 매칭 엘리먼트(66-69)는 증폭기 스테이지(A1-A4)의 출력 및 출력 노드(52)에 연결된 안테나(도시안됨)사이에서 파워를 최적으로 매칭시킨다. 증폭기 스테이지(A1-A4)와 관련 매칭 엘리먼트(66-69)의 각각의 조합은 거의 등가의 신호 이득을 제공하며, 각각의 상기 조합은 적정 레벨의 출력 파워를 얻도록 필요에 따라 스위치 로직(56)에 의하여 턴 온/오프된다. 따라서, 적정 레벨의 출력 파워를 형성하는데 필요한 증폭기 스테이지(A1-A4) 수만이 소정 시간에 턴온되어 DC 파워를 보존하고 거의 일정한 효율을 유지하도록 한다. 또한, 출력 스위칭 기능을 얻기 위한 개별 증폭기 스테이지(A1-A4) 및 매칭 엘리먼트(66-69)를 포함하는 출력 네트워크(48)를 이용함으로써, 스위치를 통한 파워 손실 및 신호 왜곡을 방지할 수 있다.
도 5B는 본 발명의 다른 실시예를 도시하는데, 여기서 하나 이상의 증폭기 이득 셀 또는 트랜지스터는 각각의 증폭기 스테이지(A1-A4)의 출력과 중간 노드(72)사이에 배치된다. 도 5B는 도 5A와 유사하다. 그러나, 각각의 증폭기 장치에 대한 개별 매칭 엘리먼트(66-69) 대신, 최종 증폭기 장치(85)가 단일 매칭 엘리먼트(86)에 연결되며, 상기 최종 증폭기 장치는 그 내부에 다중 이득 셀(74-84)을 포함한다. 도 5B의 실시예에서, 단일 이득 셀 트랜지스터(74)는 스테이지(A1)와 중간 노드(72)사이에 접속된다. 한 쌍의 이득 셀 트랜지스터(78, 80)는 스테이지(A3)와 중간 노드(72)사이에 접속되며, 다른 쌍의 이득 셀 트랜지스터(82, 84)는 스테이지(A4)와 중간 노드(72)사이에 접속된다. 도 5A에 도시된 출력 네트워크에 비하여, 도 5B의 실시예는 최종 증폭기 장치(85)내의 각각의 개별 이득 셀(74-84)이 별도의 입력을 가지는 단일 최종 증폭기 장치(85)를 이용한다. 이는 물리적 크기 및 비용을 감소시키도록 하며 단일 다이에서 최종 증폭기 장치(85)가 조립되도록 한다. 도 5A의 실시예에서 처럼, 이득 셀(74-84)이 BJT 또는 FET라면, 이들을 오프시킴에 따라 각각의 출력이 고임피던스 상태가 되어 최소의 부하가 걸리므로, 출력 스위치가 요구되지 않는다.
각각의 이득 셀(74-84)은 이전 증폭기 스테이지(A1-A4)에 의하여 제공된 바이어스 전류를 통하여 턴 온/오프된다. 특정 세트의 이득 셀 트랜지스터를 턴 온/오프시킴으로써, 적정한 레벨의 출력 파워가 수용된다. 실시예에서, 스테이지(A3) 또는 (A4)가 작동될 때, 충분한 바이어스 전류가 형성되어 이득 셀 트랜지스터(78, 80) 또는 (82, 84)을 턴 온시키도록 한다. 증폭기 스테이지(A3, A4)가 각각 두 개의 별도 트랜지스터(78, 80) 또는 (82, 84)을 구동시키지만, 선택적인 실시예에서는 각각의 스테이지에서 그보다 적은 또는 많은 이득 셀 트랜지스터를 이용할 수 있다.
각각의 이득 셀 트랜지스터(74-84)가 증폭기 스테이지(A1-A4)에 의하여 온으로 바이어스될 때 약 1와트의 파워를 제공하도록 설계된 도 5B의 증폭기 실시예를 고려해보자. 표 2에는 여러 가지 조합의 이득 셀 트랜지스터가 각각의 증폭기 스테이지(A1-A4)에 의하여 온으로 바이어스될 때 상기 실시예에 의하여 형성된 상이한 레벨의 출력 파워가 리스트되어 있다. 표 2에 따르면, 증폭기 스테이지(A1) 또는(A2)을 턴 온시킴으로써 전체 RF 출력 파워가 1 와트만큼 증가되고, 증폭기 스테이지(A3) 또는(A4)을 턴 온시킴으로써 전체 RF 출력 파워가 2 와트만큼 증가됨을 알 수 있다. 따라서, 표2의 방법에 따르면, 도 5B의 특정 실시예는 4개의 증폭기 스테이지(A1-A4)를 이용하여 1 내지 6 와트로 RF 출력 파워 레벨을 가변시키고 적정 출력 파워를 발생시키는데 필요한 스테이지만을 온으로 바이어스시킴으로써 DC 효율을 유지하도록 할 수 있다. 표 2는 단순히 실시예를 도시하며, 이득 셀 트랜지스터(74-84)는 각각 1 이상 또는 그 이하의 와트를 제공하도록 설계될 수 있다. 그러나, 각각의 이득 셀(74-84)을 동일 크기로 선택함으로써 최종 증폭기 장치(85)의 제조를 간단하게 할 수 있다.
표 2의 제 1행에 의하여 나타나는 도 5B의 실시예에서, 단지 하나의 증폭기 스테이지 및 이와 관련된 이득 셀 트랜지스터(예를 들어, 스테이지(A1) 및 트랜지스터(74))만이 온으로 바이어스되고 다른 스테이지(A2-A4)는 오프로 바이어스되면, 오프 상태 트랜지스터(76, 78, 80, 82, 84)의 리액티브 부하는 단지 단일 입력 매칭 회로(86)만을 이용할 때 최적 이득 매칭을 제공하지 못한다. 그러나, 예를 들어 표 2에 나타난 바와 같이 1와트의 저출력 레벨에서 개선된 DC 효율이 얻어진다. 또한, 이득 미스매칭은 예를 들어 스테이지(A1)인 경우 또는 본 발명이 적용되는 관련 시스템에서와 같이 선택된 개별 증폭기 스테이지에서 조정될 수 있다.
도 5B와 유사한 다른 실시예가 도 11에 도시된다. 도 11의 실시예는 입력 신호가 4개의 개별적으로 스위칭되는 구동 증폭기를 통과하지 않고 4개의 다른 최종 스테이지 트랜지스터 장치(1102, 1104, 1106, 1108)에 직접 제공된다는 측면에서 도 5B와 다르다. 장치(1102-1108)중 하나 또는 이들 모두는 단일 또는 다중 게이트 장치이고 도시된 구성은 단순히 예일 뿐이다. 또한, 장치(1102-1108)는 이전 도면에 관하여 설명한 공통 게이트 및 공통 드레인을 공유하는 FET 장치로서 도 11에 도시되었지만, 이들은 또한 공통 에미터 및 공통 베이스를 공유하는 BJT 장치 또는 단일 다이에서 제조될 수 있도록된 상이한 장치 타입의 조합일 수 있다. 또한, 각각의 장치(1102-1108)는 상이한 이득 값을 가질 수 있다.
장치(1102-1108)의 각각의 게이트는 블록킹 캐패시터(1112, 1114, 1116, 1118)에 의하여 DC적으로 격리되지만 입력 신호의 RF 주파수에서 서로 연결된다. 스위치 로직(1120)은 입력 신호 증폭에 요구되는 장치(1102-1108)에 만 DC 바이어스 전류를 선택적으로 제공한다. 따라서, 입력 신호 증폭에 요구되는 장치만을 바이어싱함으로써, DC 효율은 상당히 개선된다. 따라서, 상기 표 2와 유사한 최종 스테이지 증폭이 구현될 수 있다. 모든 장치(1102-1108)에 최대의 성능을 제공하기 위한 입력 매칭 네트워크(도시안됨) 역시 포함될 수 있다.
Ⅲ. 이중-트랜지스터 증폭기 스테이지
도 9는 본 발명의 병렬 스테이지 증폭기내에 단일 스테이지(예를 들어, 증폭기 스테이지(A1-A4)중 하나)로서 이용될 수 있는 이중 트랜지스터 증폭기(400)를 도시한다. 이중 트랜지스터 증폭기(400)는 입력 구동기 FET(Q1) 및 출력 FET(Q2)를 포함한다. 도 9에서 한 쌍의 이중 게이트 필드 효과 트랜지스터(Q1, Q2)는 이중 트랜지스터 증폭기(400)를 포함하지만, 선택적인 실시예에서 다른 장치 기술을 이용하여 구현된 단일-게이트 필드 효과 트랜지스터(FET), 또는 쌍극성 접합 트랜지스터(BJT) 또는 트랜지스터들이 이용될 수 있다.
이중 트랜지스터 증폭기(400)에 대한 소신호 입력은 FET(Q1)으로 최적의 파워를 전달하도록 설계된 입력 매칭 네트워크(404)를 통하여 FET(Q1)의 게이트로 인가된다. 유사하게 장치간 매칭 네트워크(408)는 FET(Q1)의 출력에서 FET(Q2)의 입력으로 최대 파워를 전달한다. 유사하게, 출력 매칭 네트워크(412)는 FET(Q2)의 출력 임피던스 및 이중 트랜지스터 증폭기(400)에 의하여 구동되는 부하(도시안됨)사이에 최적 파워 매칭을 제공한다.
FET(Q1, Q2)를 통한 정지 바이어스 전류는 각각 DC 게이트 전위 Vg1및 Vg2를 조정함으로서 제어된다. 일반적으로, DC 게이트 전위 Vg1및 Vg2는 이중 트랜지스터 증폭기(400)가 저출력 파워 레벨 및 고출력 파워 레벨에 걸쳐 일정한 이득을 나타내도록 설정된다. 도 9의 실시예에서, 입력 FET(Q1)의 크기는 출력 FET(Q2)의 대응 크기 보다 약 8:1의 비율로 작아지도록 선택되지만, 다른 비율도 가능하다. 이러한 설계는 저레벨의 출력 파워만이 요구될 때만 출력 FET(Q2)에 공급된 바이어스 전류가 상당히 감소되도록 함으로써 효율을 개선한다. 단지 저레벨의 출력 파워가 요구될 때, FET(Q2)를 통한 바이어스 전류는 중간 레벨의 출력 파워에 대하여 요구되는 바이어스 전류에 대하여 감소되고 FET(Q1)을 통한 바이어스 전류가 어느 정도 증가된다. 작은 입력 FET(Q1)이 저출력 파워 레벨에 대하여 큰 출력 FET(Q2)보다 더욱 효율적인으로 동작할 수 있기 때문에, 이중 트랜지스터 증폭기(400)의 효율은 저파워 동작 중에 FET(Q2)를 통한 바이어스 전류를 상당히 감소시킴으로써 증가된다. 바이어스 전류의 변경은 아날로그 형태의 DC 게이트 전위 Vg1및 Vg2를 제어하거나 또는 개별 단계로 조정함으로써 달성될 수 있다.
Ⅳ. CDMA 휴대 장치내의 효율적인 파워 증폭기
도 6에 따르면, 본 발명의 효율적인 병렬 스테이지 증폭기와 결합될 수 있는 휴대 장치 스펙트럼 확산 송신기의 블록도가 도시된다. CDMA 시스템의 예에서, 직교 신호는 휴대 장치 대 기지국 링크, 즉 역방향 링크상에서 적당한 비율의 신호 대 잡음비를 제공하기 위하여 이용된다.
도 6의 송신기에서, 예를 들어 보코더에 의하여 데이터로 변환된 음성으로 구성된 데이터 비트(200)는 비트가 컨벌루션 인코딩되는 인코더(202)로 공급된다. 데이터 비트 레이트가 인코더(202)의 비트 처리 레이트보다 적으면, 코드 심볼 반복이 이용되어 인코더(202)의 동작 레이트를 매칭시키는 비트 레이트에 반복 데이터 스트림을 생성하도록 인코더(202)가 입력 데이터 비트(200)를 반복할 수 있다. 실시예에서, 인코더(202)는 11.6kbit/초의 공칭 비트 레이트(Rb)에서 데이터 비트(200)를 수신하며 Rb/r=34.8심볼/초를 발생시키는데, 여기서 "r"은 인코더(202)의 코드 레이트(예를 들어 1/3)를 나타낸다. 다음에 인코딩된 데이터는 블록 인터리버(204)로 제공되어 블록 인터리빙된다.
64-어래이 직교 변조기(206)내에서 심볼은 (1/r)(Rb/log264)=5,800 문자/초의 레이트에서 log264=6 심볼을 포함하는 문자로 그룹화되며, 여기에는 64개의 가능한 문자가 존재한다. 바람직한 실시예에서, 각각의 문자는 길이 64의 월시 시퀀스로 인코딩된다. 즉, 각각의 월시 시퀀스는 64개의 이진 비트 또는 "칩"을 포함하며, 여기에 64개의 길이 64의 월시 코드 세트가 존재한다. 64개의 직교 코드는 월시 코드가 매트릭스의 단일 행 또는 열인 64×64 하다마드 매트릭스로부터의 월시 코드와 대응한다.
변조기(206)에 의하여 형성된 월시 시퀀스는 배타적-OR 결합기(208)로 제공되며, 여기서 상기 시퀀스는 특정 휴대 장치로 특정된 PN 코드와 커버되거나 곱해진다. 상기와 같은 "긴" PN 코드는 긴 사용자 PN 코드 마스크에 따라 긴 PN 코드 발생기(210)에 의하여 레이트 Rc에서 발생된다. 실시예에서, 긴 코드 발생기(210)는 예를 들어 1.2288Mhz의 칩 레이트 Rc에서 동작하여 월시 칩당 4개의 PN 칩을 형성하도록 한다. 본 발명에 따르면, 휴대 장치 송신기내의 효율적인 병렬 스테이지 증폭기는 각각의 월시 코드 심볼의 경계부분에서 이들 PN 칩사이에서만(예를 들어, 연속 코드 심볼의 최종 PN 칩 이후 및 최초 PN 칩이전) 상태를 변경하도록 허용된다.
도 7에서, RF 송신시(250)의 실시예가 도시된다. 코드 분할 다중 접속(CDMA) 스펙트럼 확산 응용에서, 한 쌍의 짧은 PN 시퀀스(PNI, PNQ)는 PNI발생기(252) 및 PNQ발생기(254)에 의하여 각각 배타적-OR 조합기(256, 258)로 제공된다. PNI및 PNQ시퀀스는 동상(I) 및 직교 위상(Q) 통신 채널에 각각 관계되며, 각각의 긴 사용자 PN 코드의 길이보다 상당히 짧은 길이(32,768칩)이다. 최종 I-채널 코드 확산 시퀀스(260) 및 Q-채널 코드 확산 시퀀스(262)는 각각 기저대역 필터(264, 266)를 통과한다.
디지털 대 아날로그(D/A) 변환기(270, 272)는 각각 디지털 I-채널 및 Q-채널 정보를 아날로그 형태로 변환하기 위하여 제공된다. D/A 변환기(270, 272)에 의하여 형성된 아날로그 파형은 각각 국부 발진기(LO) 반송 주파수 신호 Cos(2πft) 및 sin(2πft)과 함께 믹서(288, 290)로 제공되며, 믹서에서는 이들 신호가 믹스되어 합산기(292)로 제공된다. 직교 위상 반송 신호 sin(2πft) 및 Cos(2πft)는 적당한 주파수 소스(도시안됨)로부터 제공된다. 이들 믹싱된 IF 신호는 합산기(292)에서 합산되어 믹서(294)에 제공된다.
믹서(294)는 합산된 신호와 주파수 합성기(296)의 RF 주파수 신호를 믹싱하여 RF 주파수 대역으로 상향변환되도록 한다. RF는 대역통과 필터(298)에서 필터링되어 본 발명의 효율적인 병렬 스테이지 RF 증폭기(299)로 제공된다. 휴대 장치 제어기는 증폭기(299)내의 증폭기 스테이지의 선택된 조합이 각각의 월시 코드 심볼사이의 전이를 한정하는 PN 칩사이에서만 변경되도록 함으로써 적합한 위상이 유지되도록 한다.
Ⅴ. CDMA 휴대 장치내의 이중-스테이지 병렬 증폭기
도 8은 앞에서 설명하고 도 6 및 7에 도시된 것과 같은 CDMA 휴대 장치에서 광범위한 동적 범위에 걸쳐 신호를 증폭하도록 설계된 병렬 스테이지 증폭기(310)의 블록도이다. 병렬 스테이지 증폭기(310)는 저파워 증폭기(LPA)(313) 및 고파워 증폭기(HPA)(316)로 이루어진 병렬 증폭 스테이지, 제 1 및 제 2스위치(318, 322)로 이루어진 출력 스위치 매트릭스, 제 1 및 제 2더미 부하(320, 324) 및 스위치 로직(334)을 포함한다. 간단히 말하면, 병렬 스테이지 증폭기(310)는 저레벨의 출력 파워만이 요구될 때 저레벨의 DC 전류를 흘리는 LPA(313)을 배타적으로 이용하고, 고레벨의 출력 파워만이 요구될 때 HPA(316)을 배타적으로 이용함으로써 DC 효율을 개선시킨다. 이러한 효율은 제 1 및 제 2더미 부하(320, 324) 및 안테나(도시안됨)사이에서 각각의 LPA(313) 및 HPA(316)을 선택적으로 지시하는 스위치 로직(334)의 동작에 의하여 달성된다. 저파워 동작 중에, 스위치 로직(334)은 제 1스위치(318)에 지시하여 HPA(316)의 출력이 제 1더미 부하(320)에 제공되도록 하고, 제 2스위치(322)에 지시하여 LPA(313)의 출력이 안테나(도시안됨)에 제공되도록 한다. 송신 파워가 더 많이 요구될 경우, HPA(316)은 LPA(313)에 의하여 전송된 것과 동일한 파워를 형성하기 시작하며, HPA(316)의 출력은 제 1더미 부하(320)로 공급된다. 적당한 스위칭 경계부분에서, 스위치 로직(334)은 제 1스위치(318)에 지시하여 HPA(316)의 출력이 안테나(도시안됨)에 제공되도록 하고 제 2스위치(324)에 지시하여 LPA(313)의 출력이 제 2더미 부하(324)에 제공되도록 한다.
바람직한 실시예에서, LPA(313)는 저파워 모드 동작 중에 클래스 A 증폭기로서 동작한다. 즉, LPA(313)는 제공된 RF 입력 신호 레벨과 독립적인 파워 이득을 제공하며 LPA(313)는 간편화되지 않는다. 또한, LPA(313)가 축소되지 않는 한 클래스 A 증폭기로서, LPA(313)은RF 출력 파워 레벨과 관계없이 거의 일정한 DC 파워를 소모한다. 저파워 모드에서 동작하는 동안 안테나에 제공된 출력 파워 레벨은 LPA(313)에 제공된 RF 입력 파워 레벨을 조절함으로써 제어된다. LPA(313)은 저파워 모드 동작 중에 균일한 이득을 제공하여 최소 왜곡이 되게 입력 파워를 선형으로 트래킹하기 때문에, LPA(313)에 의하여 형성된 RF 출력 파워 레벨은 LNA(312) 앞의 AGC 증폭기(도시안됨)에 의하여 효율적으로 제어된다.
본 발명에 따르면, HPA(316)의 출력에 나타나는 출력 파워는 저파워 및 고파워 동작 모드사이의 스위칭에 바로 선행하는 전이 주기 중에 LNA(313)에 의하여 형성되는 출력 파워에 매칭된다. 특히, 전이 주기 중에, HPA(316)에 의하여 형성된 파워는 이득 제어 루프(326)에 의하여 모니터링된다. 이득 제어 루프(326)는 전이 주기 중에 HPA(316)의 이득이 증폭기(313)의 이득과 등가가 되도록 하여, LNA(313) 및 HPA(316)의 출력에서 파워 레벨이 동일하게 되도록 한다. 이렇게 하여 "완전히" 전이가 저파워 모드에서 고파워모드 또는 그 반대로 이루어진다. CDMA 실시예에서, 스위치 로직(334)은 스위치(318, 322)만이 월시 코드 심볼 경계부분에서 토글되도록 한다.
고파워 모드 중에 HPA(316)는 클래스 AB 또는 클래스 B 증폭기로서 동작한다. 즉, 증폭기(316)의 파워 이득 및 DC 파워 소모는 RF 입력 파워 레벨의 함수이다. 바람직한 실시예에서, HPA(316)는 적어도 하나의 FET를 포함한다. FET 증폭기의 게이트 전압은 FET에 의하여 유도되는 전류량 및 FET 이득에 영향을 주기 때문에, 높은 DC 효율은 적정 RF 출력 파워 레벨에 대하여 소정 동작 레벨에 요구되는 최소 FET 전류를 매칭시킴으로써 얻어질 수 있다. HPA(316) 이득은 적정 동작 범위에 걸쳐 비선형이기 때문에, 증폭기(310)에 의하여 형성된 RF 신호의 레벨은 HPA(316)에 제공된 신호 레벨을 조절함으로써 배타적으로 제어되지는 않는다. 이득 제어 루프(326)가 적정 RF 파워 레벨이 안테나로 전달되도록 하기 위하여 HPA(316)의 이득을 설정하도록 동작하다.
도 8에 도시된 바와 같이, 이득 제어 루프(326)는 HPA(316)의 출력에 연결된 검출기/버퍼(340)를 포함한다. 검출기/버퍼(340)는 연산 증폭기(344) 및 캐패시터(346)로 구성된 루프 적분기를 구동시킨다. HPA(316)는 일반적으로 하나 이상의 FET 증폭기를 포함하기 때문에, 전류 증폭기(348)는 요구되는 FET 증폭기 바이어스 전류를 제공하는 이득 제어 루프(326)내에 포함될 수 있다. 파워 제어 루프(326)는 HPA(316)의 게이트 및 드레인 전압을 제어함으로써 검출기/버퍼(340)에 의하여 측정된 HPA(316)의 RF 출력 파워를 설정한다. 이렇게 하여, HPA(316)의 비선형성이 해소될 수 있는데, 이는 AGC 증폭기(도시안됨)에 의하여 설정된 HPA(316)에 대한 입력 파워는 출력 요구조건이 증가함으로써 계속증가할 수 있지만, HPA(316) 출력 파워는 이득 제어 루프(326)에 의하여 계속 설정된다.
CDMA 송신기내에 포함되기에 적합한 증폭기(310)의 실시예에서, 이득 제어 루프(326)는 스위치(352)를 포함할 수 있으며, 상기 스위치는 신호 파워가 증폭기(310)에 의하여 안테나에 제공되지 않는 동안 "블랭킹" 프레임의 주기 중에 오픈된다. 상기와 같은 블랭크 프레임은 전체 데이터 전송 레이트가 와전 레이트보다 적을 때 실제 데이터의 액티브 프레임사이에 삽입된다. 스위치(352)는 각각의 블랭크 프레임의 시작 바로 전에 적분 루프를 개방하고 다음의 액티브 프레임의 시작 바로 다음에 루프를 클로즈한다.
Ⅵ. 이득 오프셋 병렬 스테이지
도 10은 증폭기 스테이지가 이득 측면에서 오프셋되는 본 발명의 병렬 스테이지 증폭기의 전이 특성을 나타낸다. 편의상, 도 10의 바이어싱 기술은 도 2에 도시된 병렬 스테이지 증폭기를 참조로 기술한다. 도 10에 의하여 설명되는 바이어싱 방법에서, 각각의 증폭기 스테이지(A1-A4)는 상이한 이득을 가지는 것으로 구현된다. 스테이지사이의 스위칭은 전술한 방식으로 발생하지만, 스테이지 사이의 이득 오프셋은 증폭된 RF 출력 신호의 파워의 불연속 변화를 야기한다. 전술한 바와 같이, 스위치 로직(56)(도 2)은 출력 노드(52)에서 증폭된 RF 신호의 레벨을 모니터링한다. 스위치 로직(56)은 입력 스위치 매트릭스 및 출력 네트워크(48)에 지시하여 모니터링된 출력 신호 레벨에서의 동작을 위하여 설계된 적당한 증폭기 스테이지(A1-A4)를 선택하도록 한다.
도 10에 따르면, 증폭기 스테이지(A1-A4)는 미리설정된 범위내의 입력 신호에 응답하여 선형 이득을 제공하도록 각각 바이어스된다. 특히, 증폭기 스테이지(A1)는 PIN,0및 PIN,1사이의 입력 신호에 응답하여 출력 신호 범위 POUT,0내지 POUT,1에 걸쳐 선형 이득을 형성하도록 바이어스된다. 유사하게, 증폭기 스테이지(A2-A4)는 출력 신호 범위 POUT,1내지 POUT,2, POUT,2내지 POUT,3및 POUT,3내지 POUT,4에 걸쳐 선형 이득을 제공하도록 바이어스된다. 증폭기 스테이지가 FET 또는 BJT 장치로 구현될 때, 바이어스 네트워크(도시안됨)는 특정 출력 범위에 걸쳐 동작에 요구되는 각각의 증폭기 스테이지에 바이어스 전류 레벨을 공급하도록 이용될 수 있다.
도 10에 의하여 나타나는 스테이지사이의 이득 오프셋은 예를 들어 병렬 스테이지 파워 증폭기와 함께 이용되는 자동 이득 제어(AGC) 회로에 요구되는 동적 범위를 감소시키고자 할 때 이용될 수 있다. 저파워 레벨에 나타나는 감소된 이득은 저입력 신호 레벨에서 적은 노이즈 증폭을 발생시키는데, 여기서 신호 대 잡음 비는 최소이다. 따라서, 도 10의 이득 오프셋 기술은 저입력 신호 레벨에서 잡음 성능을 개선하기 위하여 이용되고 또한 완전한 증폭기 사슬의 전체 잡음 성능을 개선하기 위하여 이용된다.
전술한 바람직한 실시예는 당업자가 본 발명을 형성하고 이용하도록 제공된다. 이들 실시예의 여러 가지 변형은 당업자에게 명백하며 여기서 정의된 일반 원리는 본 발명의 사상에서 벗어나지 않고 다른 실시예에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 설명된 실시예에 한정되는 것이 아니라 여기에 기술된 원리 및 특징과 일치되는 가장 넓은 범위에 따른다.

Claims (6)

  1. 입력 신호에 응답하여 증폭된 신호를 제공하는 증폭기 회로에 있어서,
    상기 입력 신호를 증폭하며, 상기 입력 신호에 연결된 증폭기 스테이지 입력 및 증폭된 신호를 제공하는 증폭기 스테이지 출력을 가지는 다수의 증폭기 스테이지; 및
    상기 증폭기 스테이지 입력에 연결되어 상기 다수의 증폭기 스테이지로부터 상기 DC 바이어스를 격리시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭기 회로.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 입력 신호에 연결된 입력 및 다수의 출력을 가지는 입력 네트워크를 더 포함하는데, 상기 출력은 상기 증폭기 스테이지중 하나에 연결되며, 상기 입력 네트워크는 상기 다수의 증폭기 스테이지 각각에 상기 입력 신호를 제공하며; 및
    상기 증폭기 스테이지 출력에 각각 연결되며 상기 다수의 증폭기 스테이지중 적어도 하나로부터 선택된 증폭 신호를 출력 노드에 제공하는 출력 네트워크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭기 회로.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 격리 수단은 다수의 캐패시터를 포함하며, 상기 캐패시터는 상기 입력 신호에 연결된 입력과 상기 각각의 증폭기 스테이지 입력에 연결된 출력을 포함하는 것을 특징으로 하는 증폭기 회로.
  4. 제 3항에 있어서, 적어도 하나의 상기 증폭기 스테이지는 필드 효과 트랜지스터 장치인 것을 특징으로 하는 증폭기 회로.
  5. 제 3항에 있어서, 적어도 하나의 상기 증폭기 스테이지는 쌍극성 접합 트랜지스터 장치인 것을 특징으로 하는 증폭기 회로.
  6. 다수의 증폭기 스테이지를 포함하는 증폭기 회로에서 입력 신호에 응답하여 증폭된 신호를 제공하는 방법에 있어서,
    상기 입력 신호를 상기 다수의 증폭기 스테이지에 공급하는 단계;
    상기 다수의 증폭기 스테이지중 선택된 것에 직류(DC) 바이어스 신호를 인가하는 단계;
    상기 다수의 증폭기 스테이지에서 선택된 증폭기 스테이지를 제외한 모든 증폭기 스테이지로부터 상기 DC 바이어스 신호를 격리시키는 단계; 및
    상기 증폭된 신호를 발생시키도록 다수의 증폭기 스테이지중 상기 선택된 증폭기 스테이지에서 상기 입력 신호를 증폭시키는 단계; 및
    출력 노드에 상기 증폭된 신호를 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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