KR20040033982A - 피드포워드 선형증폭기의 최적 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피드포워드 선형전력증폭기의 에러제거루프에서 이루어지는 상쇄현상을 최적으로 제어하기 위한 장치에 관한 것이다.

본 발명에 의한 피드포워드 선형증폭기의 최적 제어장치는 피드포워드 선형전력증폭기의 에러제거루프의 출력단에서 커플링된 테스트 신호를 CDMA 신호와 분리하기 위하여 상기 테스트 신호만을 통과시키는 제1 필터; 상기 제1 필터를 통과한 테스트 신호를 RF입력단으로 입력받는 MIXER; 주파수 간섭을 최소화하기 위하여 소정의 주파수 대역을 사용하는 제2 필터; 상기 제2 필터의 대역내 주파수로 PLL & VCO를 프로그램밍하여 MIXER의 LO입력단에 입력하는 제어기; 상기 MIXER에 의해 출력된 신호가 상기 제2 필터를 통과하여 발생한 IF의 신호를 증폭하는 제1 증폭기; 및 상기 제1 증폭기에 의해 증폭된 신호를 선형적인 DC 값으로 검출하는 제2 증폭기;를 포함하고, 상기 검출된 선형 DC값은 상기 제어기 내에서 LPF를 사용하여 노이즈를 최소화하고, AD 컨버터를 거쳐 CPU에 입력되며, 상기 검출된 선형 DC값은 다시 V/M2의 I와 Q를 조정하는 기준 데이터가 됨을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 피드포워드 선형전력증폭기의 2nd Loop에서 이루어지는 상쇄현상을 최적으로 제어하여 낮은 레벨(-60dBm이하)까지 검출함으로써, 피드포워드 선형전력증폭기의 Spurious 및 IMD 성분을 넓은 선형 영역에서 제거할 수 있다.

Description

피드포워드 선형증폭기의 최적 제어장치{A controller for optimizing feed forward linear power amplifier}

본 발명은 선형전력증폭기에 관한 것으로, 특히 Feed-Forward 선형증폭기의 넓은 주파수 대역(WCDMA 및 멀티채널 CDMA) 및 넓은 선형영역을 확보하기 위한 검출회로에 관한 것이다.

무선 이동 통신 분야에서 피드포워드 선형전력증폭기(FFLPA)는 다중 주파수나 CDMA 및 W-CDMA 신호를 증폭하여 공중 채널로 신호를 전송하기 위해 사용되는 이동통신 부품이다.

종래 기술로 만들어진 FFLPA(Feed-Forward Linear Power Amplifier)는 아날로그 제어 방식이었으나 현재에는 디지털 제어방식을 적용하고 있다.

먼저 아날로그 방식의 제어를 사용하는 FFLPA는 CDMA 및 W-CDMA에 적용하는 데에 많은 제약을 받는다. 이는 아날로그 방식의 FFLPA가 CDMA 통신방식의 신호원에 영향을 받을 뿐만 아니라 자체적으로 협대역 특성을 가지고 있기 때문이다. 이는 곧 CDMA 이동통신에서 통신 품질에 직접적인 영향을 미치므로 개선되어야 한다.

그러므로 CDMA 이동통신에서는 멀티 채널 및 통신품질을 위해 디지털 제어방식을 선호하고 있다. 디지털 제어방식을 적용함에 있어 FFLPA는 RF 신호를 넓은 대역 및 낮은 신호레벨에서의 정확한 Power Level을 요구하는데, 이는 FFLPA의 선형성을 극대화함과 동시에 효율을 개선에 필수적인 요구사항이다.

도 1은 종래의 피드포워드 선형전력증폭기의 실시예를 도시한 것으로, 동작원리를 2-톤 스펙트럼으로 나타내었다.

도 1에서 피드포워드 선형전력증폭기로 인가된 2-톤 신호는 입력단에 위치하는 2-way 분배기(11)에 의해서 2개의 경로로 나뉘어진다. 나뉘어진 신호 중에서 메인 증폭기(12)를 통과한 신호는 메인 증폭기(12)의 비선형 특성에 의하여 원 2-톤 신호와 왜곡신호를 동시에 갖게 된다.

그러나, 첫 번째 루프내의 시간지연라인(14)를 통과하는 신호는 왜곡이 없이 삽입 손실만을 갖게 된다. 첫 번째 루프내의 시간지연라인(14)은 피드포워드 선형증폭기의 입력신호가 첫 번째 루프 내의 각 경로를 통과한 후 빼기회로의 출력단까지 도달하는데 소요되는 지연시간을 동일하게 해준다.

따라서, 메인 증폭기(12)를 통과한 신호는 제1 방향성 결합기(C11)에 의해서 두 번째 루프 내의 시간지연라인(13)의 입력신호와 빼기회로의 입력신호로 나누어진다. 빼기회로의 출력단에서 첫 번째 루프의 시간지연라인(14)을 통과한 신호와 제1 방향성결합기(C11)를 통과한 신호의 2-톤 신호의 크기가 동일하고 위상이 180도 차이가 있다면 빼기회로 출력단에서 신호는 피드포워드 선형증폭기에 인가된 2-톤 신호는 제거되고 메인 증폭기(12)에서 발생된 왜곡신호(상호변조신호)만이 존재하게 된다.

이 왜곡신호는 다시 에러증폭기(19)를 통해서 왜곡 없이(신호의 크기가 왜곡을 발생시키지 않을 만큼 작음) 증폭된 후 제2 방향성 결합기(C12)에 인가된다.

두 번째 루프 내의 시간지연라인은 첫 번째 루프내의 시간지연라인과 동일한 기능을 한다. 제2 방향성 결합기(C12)의 출력단에서 에러 증폭기를 통해서 증폭된 왜곡신호와 메인 증폭기에서 발생된 에러신호의 크기가 동일하고 위상이 180도 차이가 있다면, 제2 방향성 결합기(C12)의 출력단에서 신호는 피드포워드 선형증폭기에 인가된 후 메인 증폭기(12)에 의해서 증폭된 2-톤 신호만이 남게된다.

위와 같이 상기 피드포워드 선형증폭기는 각각의 선형화 루프에서 크기와 위상 및 지연시간을 잘 맞추어 주어야 원하는 성능을 보장할 수 있다.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 FFLPA의 2nd Loop에서 이루어지는 상쇄현상을 최적으로 제어하기 위한 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 피드포워드 선형전력증폭기의 실시예를 도시한 것이다.

도 2는 본 발명에 의한 피드포워드 선형전력증폭기의 구성을 도시한 것이다.

도 3은 본 발명에 의한 주파수 대역(WCDMA 및 멀티채널 CDMA) 및 넓은 선형영역을 확보하기 위해 제안된 검출회로의 상세한 구성을 도시한 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의한 피드포워드 선형증폭기의 최적 제어장치는 피드포워드 선형전력증폭기의 에러제거루프의 출력단에서 커플링된 테스트 신호를 CDMA 신호와 분리하기 위하여 상기 테스트 신호만을 통과시키는 제1 필터; 상기 제1 필터를 통과한 테스트 신호를 RF입력단으로 입력받는 MIXER; 주파수 간섭을 최소화하기 위하여 소정의 주파수 대역을 사용하는 제2 필터; 상기 제2 필터의 대역내 주파수로 PLL & VCO를 프로그램밍하여 MIXER의 LO입력단에 입력하는 제어기; 상기 MIXER에 의해 출력된 신호가 상기 제2 필터를 통과하여 발생한 IF의 신호를 증폭하는 제1 증폭기; 및 상기 제1 증폭기에 의해 증폭된 신호를 선형적인 DC 값으로 검출하는 제2 증폭기;를 포함하고, 상기 검출된 선형 DC값은 상기 제어기 내에서 LPF를 사용하여 노이즈를 최소화하고, AD 컨버터를 거쳐 CPU에 입력되며, 상기 검출된 선형 DC값은 다시 V/M2의 I와 Q를 조정하는 기준 데이터가 됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 필터는 밴드 폭이 60kHz 미만인 주파수를 통과시키는 IF 필터임을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 증폭기는 상기 제2 필터를 통과하여 발생한 IF의 신호는 출력 레벨이 낮으므로 Small Signal TR 증폭기를 사용하여 신호를 증폭하는 것을 특징으로 한다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 피드포워드 선형전력증폭기의 구성을 도시한 것이다.

도 2는 피드포워드 선형전력증폭기의 출력단과 제어기 사이에 신호검출부를 두어 출력단에서 테스트 신호의 세기를 감시하며, 출력단에서 테스트 신호의 세기가 최소가 되도록 에러제거루프(두번째 선형화 루프)내의 제2 벡터 모듈레이터(25)의 위상 및 크기를 제어하는 것이다.

제어기(23)에서 주파수를 프로그래밍 하여 테스트 신호(Test signal)를 TEST VCO(24)에서 발생시켜 A2의 입력단에 가한다.

이때, 테스트 신호의 위치는 사용 주파수 대역 외부에 IMD에 간섭을 받지 않게 이격 시켜야 한다.

테스트 신호는 C3에서 분리되어 한 신호는 지연 필터(21)를 거쳐 C4에서 A3를 거쳐 나온 신호와 상쇄되게 된다. 이 상쇄된 신호가 C5에서 커플링하여 상쇄된 테스트 신호를 검출한다.

도 3은 본 발명에 의한 주파수 대역(WCDMA 및 멀티채널 CDMA) 및 넓은 선형영역을 확보하기 위해 제안된 검출회로의 상세한 구성을 도시한 것으로, 제1 필터(31), MIXER(32), 제2 필터(33), 제1 증폭기(34), 제2 증폭기(35), PLL & VCO(36) 및 제어기(37)로 이루어진다.

제1 필터(31)는 커플링된 Test Signal을 CDMA 신호와 분리하기 위하여 Test Signal 만을 통과시킨다. 본 발명에서는 Out of Band Band Pass Saw Filter를 사용한다.

MIXER(32)는 RF입력단으로 입력된 상기 제1 필터(33)를 통과한 Test Signal과 제어기(36)에 의해 제2 필터(33)의 대역내 주파수로 PLL & VCO를 프로그래밍하여 LO입력단에 입력된 신호를 혼합한다.

제2 필터(33)는 주파수 간섭을 최소화하기 위하여 대역폭이 60Khz 미만의 주파수 대역을 사용한다.

제1 증폭기(34)는 MIXER(32)에 의해 출력된 신호가 제2 필터(33)를 통과하여 발생한 IF의 신호를 증폭한다.

제2 증폭기(35)는 제1 증폭기(34)에 의해 증폭된 신호를 선형적인 DC 값으로 검출한다.

PLL & VCO(36)는 외부로부터의 신호에 의해 임의의 주파수를 발생시키며, 입력전압에 의해 주파수를 가변시키는 수단으로, 제어기(37)에 의해 제어된다.

제어기(37)는 제2 필터(33)의 대역내 주파수로 PLL & VCO(36)를 프로그래밍하여 MIXER(32)의 LO입력단에 입력하고, 제2 증폭기(35)에 의해 검출된 선형 DC값을 LPF를 사용하여 노이즈를 최소화하고, AD 컨버터를 거쳐 CPU에 입력되며, 상기 검출된 선형 DC값은 다시 V/M2의 I와 Q를 조정하는 기준 데이터가 된다.

상기 구성에 의거하여 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저 도 2의 C5에서 커플링된 Test Signal을 CDMA 신호와 분리하기 위하여 Out of Band Band Pass Saw Filter(31)를 사용하여 Test Signal 만을 통과시켜 Zero Bias Mixer(32)의 RF 입력단에 입력한다.

또한 이때 제어기(37)에서 IF Band Pass Filter(33)의 대역내 주파수로 PLL & VCO(36)를 Programing 하여 Mixer의 LO입력단에 입력한다. 여기서 IF Filter(33)는 매우 좁은 대역 통과 필터(BW=60kHz 미만)를 사용하여 주파수 간섭을 최소로 한다. IF Filter(33)를 통과하여 발생한 IF의 신호는 출력 레벨이 낮으므로 Small Signal TR 증폭기(34)를 사용하여 신호를 증폭한다. 이때 OP-Amp로 증폭하게되면OP-Amp 자체 Offset 값을 가지게 되어 낮은 레벨의 신호를 검출하는데 문제가 발생한다. 증폭된 신호를 Logarithm Amplifier(35)를 사용하여 선형적인 DC 값을 검출한다.

그런 다음 제어기(37)에서 LPF를 사용하여 노이즈를 최소화하여 AD 컨버터를 거쳐 CPU에 입력되게 된다. 검출된 선형 DC값은 다시 도 2의 V/M2(25)의 I와 Q를 조정하는 기준 데이터가 된다. 이런 루프를 연속하여 동작하면 FFLPA의 전체 성능이 개선된다.

도면과 명세서는 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

본 발명에 의하면, 피드포워드 선형전력증폭기의 2nd Loop에서 이루어지는 상쇄현상을 최적으로 제어하여 낮은 레벨(-60dBm이하)까지 검출함으로써, 피드포워드 선형전력증폭기의 Spurious 및 IMD 성분을 넓은 선형 영역에서 제거할 수 있다.

Claims (3)

1. 피드포워드 선형전력증폭기의 에러제거루프에서 이루어지는 상쇄현상을 최적으로 제어하기 위한 장치에 있어서,

   피드포워드 선형전력증폭기의 에러제거루프의 출력단에서 커플링된 테스트 신호를 CDMA 신호와 분리하기 위하여 상기 테스트 신호만을 통과시키는 제1 필터;

   상기 제1 필터를 통과한 테스트 신호를 RF입력단으로 입력받는 MIXER;

   주파수 간섭을 최소화하기 위하여 소정의 주파수 대역을 사용하는 제2 필터;

   상기 제2 필터의 대역내 주파수로 PLL & VCO를 프로그램밍하여 MIXER의 LO입력단에 입력하는 제어기;

   상기 MIXER에 의해 출력된 신호가 상기 제2 필터를 통과하여 발생한 IF의 신호를 증폭하는 제1 증폭기; 및

   상기 제1 증폭기에 의해 증폭된 신호를 선형적인 DC 값으로 검출하는 제2 증폭기;를 포함하고,

   상기 검출된 선형 DC값은 상기 제어기 내에서 LPF를 사용하여 노이즈를 최소화하고, AD 컨버터를 거쳐 CPU에 입력되며, 상기 검출된 선형 DC값은 다시 V/M2의 I와 Q를 조정하는 기준 데이터가 됨을 특징으로 하는 피드포워드 선형전력증폭기의 최적 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 필터는

   밴드 폭이 60kHz 미만인 주파수를 통과시키는 IF 필터임을 특징으로 하는 피드포워드 선형전력증폭기의 최적 제어장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 증폭기는

   상기 제2 필터를 통과하여 발생한 IF의 신호는 출력 레벨이 낮으므로 Small Signal TR 증폭기를 사용하여 신호를 증폭하는 것을 특징으로 하는 피드포워드 선형전력증폭기의 최적 제어장치.